JP2018110530A - On-time setting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オン時間設定回路、並びに、これを用いた電源制御IC及びスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to an on-time setting circuit, and a power supply control IC and a switching power supply using the same.
非線形制御方式(例えば、オン時間固定方式、オフ時間固定方式、または、ヒステリシス・ウィンドウ方式)のスイッチング電源装置は、線形制御方式(例えば、電圧モード制御方式や電流モード制御方式)のスイッチング電源装置と比べて、簡単な回路構成で高い負荷応答特性を得られるという特長を有している。 Switching power supply devices of non-linear control method (for example, fixed on time method, fixed off time method, or hysteresis window method) are switching power supply devices of linear control method (for example, voltage mode control method and current mode control method). In comparison, it has a feature that a high load response characteristic can be obtained with a simple circuit configuration.
また、スイッチング電源装置には、軽負荷時にコイル電流の逆流を検出して同期整流トランジスタを強制的にオフさせる機能(いわゆる逆流遮断機能)を備えたものもある。 In addition, some switching power supply devices have a function (so-called reverse current blocking function) that detects a reverse current of a coil current and forcibly turns off a synchronous rectification transistor at a light load.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。 As an example of the related art related to the above, Patent Document 1 can be cited.
しかしながら、従来のスイッチング電源装置では、出力平滑用コンデンサとしてESR[equivalent series resistance]の小さい積層セラミックコンデンサを使用した場合、電流不連続モード(=コイル電流の逆流が生じる軽負荷状態)での出力リップルが大きくなるという課題があった。 However, in the conventional switching power supply device, when a multilayer ceramic capacitor having a small ESR [equivalent series resistance] is used as the output smoothing capacitor, the output ripple in the current discontinuous mode (= light load state in which a reverse current of the coil current occurs). There was a problem of increasing.
また、従来のスイッチング電源装置では、電流連続モード(=コイル電流の逆流が生じない重負荷状態)と電流不連続モードとの切り替わりが起きる負荷電流の閾値にヒステリシスが付いていないので、両モード間の切り替わりが不安定となり、両モード間の行き来が生じて出力リップルが増大するという課題があった。 In addition, in the conventional switching power supply device, since there is no hysteresis in the threshold of the load current at which switching between the continuous current mode (= heavy load state in which no reverse current of the coil current occurs) and the discontinuous current mode occurs, The switching between the two modes becomes unstable, and there is a problem in that the output ripple increases due to the switching between the two modes.
本発明は、本願の発明者により見出された上記の課題に鑑み、出力リップルを低減することのできるオン時間設定回路、並びに、これを用いた電源制御IC及びスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application, the present invention provides an on-time setting circuit capable of reducing output ripple, and a power supply control IC and a switching power supply device using the on-time setting circuit. Objective.
本明細書中に開示されているオン時間設定回路は、出力トランジスタと同期整流トランジスタをオン/オフさせてコイルを駆動することにより入力電圧から所望の出力電圧を生成するオン時間固定方式のスイッチング電源装置に設けられており、電流不連続モードでは負荷が軽いほどオン時間を短縮する構成(第1の構成)とされている。 An on-time setting circuit disclosed in the present specification is a switching power supply of a fixed on-time system that generates a desired output voltage from an input voltage by driving a coil by turning on / off an output transistor and a synchronous rectification transistor. In the current discontinuous mode, the on-time is shortened as the load is light (first configuration).
なお、上記第1の構成から成るオン時間設定回路は、前記オン時間に亘って上昇するランプ波形の第1電圧を生成する第1電圧生成部と、所定の第2電圧を生成する第2電圧生成部と、前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して前記オン時間を終了させるコンパレータと、を有し、前記第2電圧生成部は、電流不連続モードでは負荷が軽いほど前記第2電圧を引き下げる構成(第2の構成)にするとよい。 The on-time setting circuit having the first configuration includes a first voltage generator that generates a first voltage having a ramp waveform that rises over the on-time, and a second voltage that generates a predetermined second voltage. And a comparator that compares the first voltage with the second voltage to end the on-time, and the second voltage generator is configured to reduce the load in the current discontinuous mode as the load is lighter. It is preferable to adopt a configuration (second configuration) for lowering two voltages.
また、上記第2の構成から成るオン時間設定回路において、前記第2電圧生成部は、前記出力トランジスタと前記同期整流トランジスタとの接続ノードに現れるスイッチ電圧またはその分圧電圧を積分して前記第2電圧を生成するRCフィルタと、スイッチング停止時に前記スイッチ電圧の入力端から接地端に至る電流経路を遮断する電流経路遮断器と、スイッチング再開時に前記出力電圧を容量分圧することにより前記第2電圧を所定の初期値まで瞬間的に引き上げるプルアップ部と、を含む構成(第3の構成)にするとよい。 In the on-time setting circuit having the second configuration, the second voltage generation unit integrates a switch voltage appearing at a connection node between the output transistor and the synchronous rectification transistor or a divided voltage thereof to integrate the second voltage generation unit. An RC filter that generates two voltages, a current path breaker that cuts off a current path from the switch voltage input terminal to the ground terminal when switching is stopped, and the second voltage by capacitively dividing the output voltage when switching is resumed And a pull-up unit that instantaneously pulls up to a predetermined initial value (third configuration).
また、上記第3の構成から成るオン時間設定回路において、前記プルアップ部は負荷が軽いほど前記初期値が低くなるように設計されている構成(第4の構成)にするとよい。 In the on-time setting circuit having the third configuration, the pull-up unit may have a configuration (fourth configuration) designed so that the initial value decreases as the load is lighter.
また、上記第4の構成から成るオン時間設定回路において、前記プルアップ部は、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わる直前の負荷領域において前記初期値が前記RCフィルタで得られる積分値よりも高くなるように設計されている構成(第5の構成)にするとよい。 In the on-time setting circuit having the fourth configuration, the pull-up unit has an initial value that is higher than an integral value obtained by the RC filter in a load region immediately before switching from the current discontinuous mode to the current continuous mode. A configuration designed to be high (fifth configuration) is preferable.
また、上記第2〜第5いずれかの構成から成るオン時間設定回路において、前記第2電圧生成部は、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点で前記第2電圧を過渡的に引き下げるプルダウン部を含む構成(第6の構成)にするとよい。 In the on-time setting circuit having any one of the second to fifth configurations, the second voltage generator transiently lowers the second voltage when the current discontinuous mode is switched to the current continuous mode. A configuration including a pull-down unit (sixth configuration) is preferable.
また、本明細書中に開示されているオン時間設定回路は、出力トランジスタと同期整流トランジスタをオン/オフさせてコイルを駆動することにより入力電圧から所望の出力電圧を生成するオン時間固定方式のスイッチング電源装置に設けられており、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点でオン時間を過渡的に短縮する構成(第7の構成)とされている。 Also, the on-time setting circuit disclosed in this specification is a fixed on-time method that generates a desired output voltage from an input voltage by driving a coil by turning on / off an output transistor and a synchronous rectification transistor. It is provided in the switching power supply device, and has a configuration (seventh configuration) in which the on-time is transiently shortened when switching from the current discontinuous mode to the current continuous mode.
なお、上記第7の構成から成るオン時間設定回路は、前記オン時間に亘って上昇するランプ波形の第1電圧を生成する第1電圧生成部と、所定の第2電圧を生成する第2電圧生成部と、前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して前記オン時間を終了させるコンパレータと、を有し、前記第2電圧生成部は、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点で前記第2電圧を過渡的に引き下げる構成(第8の構成)にするとよい。 The on-time setting circuit having the seventh configuration includes a first voltage generation unit that generates a first voltage having a ramp waveform that rises over the on-time, and a second voltage that generates a predetermined second voltage. And a comparator that compares the first voltage with the second voltage to end the on-time, and the second voltage generator switches from the current discontinuous mode to the current continuous mode. It is preferable to adopt a configuration (eighth configuration) in which the second voltage is transiently reduced at the time.
また、本明細書中に開示されている電源制御ICは、前記出力電圧またはその分圧電圧にコイル電流を模擬したリップル電圧を重畳して帰還電圧を生成するリップルインジェクション回路と、所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記帰還電圧と前記基準電圧とを比較して比較信号を生成するメインコンパレータと、前記比較信号に応じてセット信号にワンショットパルスを生成するワンショットパルス生成回路と、前記セット信号に応じて出力信号を第1論理レベルにセットし、リセット信号に応じて前記出力信号を第2論理レベルにリセットするRSフリップフロップと、前記出力信号が前記第1論理レベルにセットされてから前記オン時間が経過した時点で前記リセット信号にワンショットパルスを生成する上記第1〜第8いずれかの構成から成るオン時間設定回路と、前記出力信号に応じて前記出力トランジスタと前記同期整流トランジスタの駆動信号を生成するゲートドライバ回路と、前記コイル電流の逆流を検出して前記同期整流トランジスタを強制的にオフさせる逆流検出回路と、を集積化して成る構成(第9の構成)とされている。 The power supply control IC disclosed in the present specification includes a ripple injection circuit that generates a feedback voltage by superimposing a ripple voltage simulating a coil current on the output voltage or a divided voltage thereof, and a predetermined reference voltage. A reference voltage generation circuit that generates a comparison signal, a main comparator that generates a comparison signal by comparing the feedback voltage and the reference voltage, and a one-shot pulse generation circuit that generates a one-shot pulse as a set signal in accordance with the comparison signal An RS flip-flop that sets the output signal to a first logic level in response to the set signal, and resets the output signal to a second logic level in response to a reset signal; and the output signal to the first logic level. When the on-time elapses after being set, the first to eighth pulses are generated for the reset signal. An on-time setting circuit comprising any one of the configurations, a gate driver circuit for generating a drive signal for the output transistor and the synchronous rectification transistor according to the output signal, and the synchronous rectification transistor by detecting a reverse flow of the coil current And a backflow detection circuit for forcibly turning off the power supply (9th configuration).
また、本明細書中に開示されているスイッチング電源装置は、上記第9の構成から成る電源制御ICと、前記電源制御ICに一部または全部が外付けされて入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、を有する構成(第10の構成)とされている。 The switching power supply disclosed in this specification generates a power supply control IC having the ninth configuration and an output voltage from an input voltage by attaching a part or all of the power supply control IC to the power supply control IC. And a switch output stage (tenth configuration).
本明細書中に開示されている発明によれば、出力リップルを低減することのできるオン時間設定回路、並びに、これを用いた電源制御IC及びスイッチング電源装置を提供することが可能となる。 According to the invention disclosed in this specification, it is possible to provide an on-time setting circuit capable of reducing output ripple, and a power supply control IC and a switching power supply device using the on-time setting circuit.
<スイッチング電源装置>
図1は、スイッチング電源装置の全体構成を示すブロック図である。本構成例のスイッチング電源装置1は、非線形制御方式(ボトム検出オン時間固定方式)によって入力電圧Vinから出力電圧Voutを生成する降圧型DC/DCコンバータである。スイッチング電源装置1は、半導体装置10と、半導体装置10に外付けされた種々のディスクリート部品(Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタN1及びN2、コイルL1、コンデンサC1、並びに、抵抗R1及びR2)によって形成されるスイッチ出力段20と、を有する。
<Switching power supply>
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the switching power supply apparatus. The switching power supply device 1 of this configuration example is a step-down DC / DC converter that generates an output voltage Vout from an input voltage Vin by a non-linear control method (bottom detection on-time fixed method). The switching power supply device 1 includes a semiconductor device 10 and various discrete components externally attached to the semiconductor device 10 (N-channel MOS [metal oxide semiconductor] field effect transistors N1 and N2, a coil L1, a capacitor C1, and a resistor R1. And a switch output stage 20 formed by R2).
半導体装置10は、スイッチング電源装置1の全体動作を統括的に制御する主体(いわゆる電源制御IC)である。半導体装置10は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子T1〜T7(上側ゲート端子T1、下側ゲート端子T2、スイッチ端子T3、帰還端子T4、入力電圧端子T5、出力電圧端子T6、及び、接地端子T7)を備えている。 The semiconductor device 10 is a main body (so-called power supply control IC) that comprehensively controls the entire operation of the switching power supply device 1. The semiconductor device 10 has external terminals T1 to T7 (upper gate terminal T1, lower gate terminal T2, switch terminal T3, feedback terminal T4, input voltage terminal T5 as means for establishing electrical connection with the outside of the device. , Output voltage terminal T6 and ground terminal T7).
外部端子T1は、トランジスタN1のゲートに接続されている。外部端子T2は、トランジスタN2のゲートに接続されている。外部端子T3は、スイッチ電圧Vswの印加端(トランジスタN1のソースとトランジスタN2のドレインとの接続ノード)に接続されている。外部端子T4は、分圧電圧Vdivの印加端(抵抗R1と抵抗R2との接続ノード)に接続されている。外部端子T5は、入力電圧Vinの印加端に接続されている。外部端子T6は、出力電圧Voutの印加端に接続されている。外部端子T7は、接地端に接続されている。 The external terminal T1 is connected to the gate of the transistor N1. The external terminal T2 is connected to the gate of the transistor N2. The external terminal T3 is connected to the application terminal of the switch voltage Vsw (a connection node between the source of the transistor N1 and the drain of the transistor N2). The external terminal T4 is connected to an application end (a connection node between the resistor R1 and the resistor R2) of the divided voltage Vdiv. The external terminal T5 is connected to the application terminal for the input voltage Vin. The external terminal T6 is connected to the application terminal for the output voltage Vout. The external terminal T7 is connected to the ground terminal.
次に、半導体装置10に外付けされるディスクリート部品の接続関係について述べる。トランジスタN1のドレインは、入力電圧Vinの印加端に接続されている。トランジスタN2のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN1のソースとトランジスタN2のドレインは、いずれもコイルL1の第1端に接続されている。コイルL1の第2端とコンデンサC1の第1端は、いずれも出力電圧Voutの印加端に接続されている。コンデンサC1の第2端は、接地端に接続されている。抵抗R1と抵抗R2は、出力電圧Voutの印加端と接地端との間に直列に接続されている。 Next, the connection relationship of discrete components attached to the semiconductor device 10 will be described. The drain of the transistor N1 is connected to the application terminal for the input voltage Vin. The source of the transistor N2 is connected to the ground terminal. The source of the transistor N1 and the drain of the transistor N2 are both connected to the first end of the coil L1. The second end of the coil L1 and the first end of the capacitor C1 are both connected to the application terminal for the output voltage Vout. The second end of the capacitor C1 is connected to the ground end. The resistors R1 and R2 are connected in series between the application terminal of the output voltage Vout and the ground terminal.
トランジスタN1は、外部端子T1から入力されるゲート信号G1に応じてオン/オフ制御される出力トランジスタである。トランジスタN2は、外部端子T2から入力されるゲート信号G2に応じてオン/オフ制御される同期整流トランジスタである。なお、整流素子としては、トランジスタN2に代えてダイオードを用いても構わない。また、トランジスタN1およびN2は、半導体装置10に内蔵することも可能である。コイルL1とコンデンサC1は、外部端子T3に現れる矩形波状のスイッチ電圧Vswを整流平滑して出力電圧Voutを生成する整流平滑部として機能する。抵抗R1及びR2は、出力電圧Voutを分圧して分圧電圧Vdivを生成する分圧電圧生成部として機能する。ただし、出力電圧Voutがリップルインジェクション回路11(ないしはメインコンパレータ13)の入力ダイナミックレンジ内である場合には、分圧電圧生成部を省略してもよい。 The transistor N1 is an output transistor that is on / off controlled according to the gate signal G1 input from the external terminal T1. The transistor N2 is a synchronous rectification transistor that is on / off controlled in accordance with the gate signal G2 input from the external terminal T2. As the rectifying element, a diode may be used instead of the transistor N2. The transistors N1 and N2 can also be built in the semiconductor device 10. The coil L1 and the capacitor C1 function as a rectifying / smoothing unit that rectifies and smoothes the rectangular-wave switch voltage Vsw appearing at the external terminal T3 to generate the output voltage Vout. The resistors R1 and R2 function as a divided voltage generation unit that divides the output voltage Vout to generate a divided voltage Vdiv. However, when the output voltage Vout is within the input dynamic range of the ripple injection circuit 11 (or the main comparator 13), the divided voltage generation unit may be omitted.
次に、半導体装置10の内部構成について述べる。半導体装置10には、リップルインジェクション回路11と、基準電圧生成回路12と、メインコンパレータ13と、ワンショットパルス生成回路14と、RSフリップフロップ15と、オン時間設定回路16と、ゲートドライバ回路17と、逆流検出回路18と、が集積化されている。 Next, the internal configuration of the semiconductor device 10 will be described. The semiconductor device 10 includes a ripple injection circuit 11, a reference voltage generation circuit 12, a main comparator 13, a one-shot pulse generation circuit 14, an RS flip-flop 15, an on time setting circuit 16, and a gate driver circuit 17. The backflow detection circuit 18 is integrated.
リップルインジェクション回路11は、分圧電圧Vdivにリップル電圧Vrpl(コイルL1に流れるコイル電流ILを模擬した疑似リップル成分)を加算して帰還電圧Vfb(=Vdiv+Vrpl)を生成する。このようなリップルインジェクション技術を導入すれば、出力電圧Vout(延いては分圧電圧Vdiv)のリップル成分がそれほど大きくなくても安定したスイッチング制御を行うことができるので、コンデンサC1としてESRの小さい積層セラミックコンデンサなどを用いることが可能となる。ただし、出力電圧Voutのリップル成分が十分に大きい場合には、リップルインジェクション回路11を省略することも可能である。 The ripple injection circuit 11 adds a ripple voltage Vrpl (a pseudo ripple component simulating a coil current IL flowing through the coil L1) to the divided voltage Vdiv to generate a feedback voltage Vfb (= Vdiv + Vrpl). If such a ripple injection technique is introduced, stable switching control can be performed even if the ripple component of the output voltage Vout (and thus the divided voltage Vdiv) is not so large. A ceramic capacitor or the like can be used. However, when the ripple component of the output voltage Vout is sufficiently large, the ripple injection circuit 11 can be omitted.
基準電圧生成回路12は、所定の基準電圧Vrefを生成する。 The reference voltage generation circuit 12 generates a predetermined reference voltage Vref.
メインコンパレータ13は、反転入力端(−)に入力される帰還電圧Vfbと、非反転入力端(+)に入力される基準電圧Vrefとを比較して比較信号S1を生成する。比較信号S1は、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高いときにローレベルとなり、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低いときにハイレベルとなる。 The main comparator 13 compares the feedback voltage Vfb input to the inverting input terminal (−) and the reference voltage Vref input to the non-inverting input terminal (+) to generate the comparison signal S1. The comparison signal S1 is at a low level when the feedback voltage Vfb is higher than the reference voltage Vref, and is at a high level when the feedback voltage Vfb is lower than the reference voltage Vref.
ワンショットパルス生成回路14は、比較信号S1の立下りエッジをトリガとしてセット信号S2にワンショットパルス(例:立下りパルス)を生成する。 The one-shot pulse generation circuit 14 generates a one-shot pulse (eg, a falling pulse) in the set signal S2 using the falling edge of the comparison signal S1 as a trigger.
RSフリップフロップ15は、セット端(S)に入力されるセット信号S2のパルスエッジ(例:立下りエッジ)で出力信号S4をハイレベルにセットし、リセット端(R)に入力されるリセット信号S3のパルスエッジ(例:立下りエッジ)で出力信号S4をローレベルにリセットする。 The RS flip-flop 15 sets the output signal S4 to a high level at the pulse edge (eg, falling edge) of the set signal S2 input to the set end (S), and the reset signal input to the reset end (R). The output signal S4 is reset to a low level at the pulse edge (eg, falling edge) of S3.
オン時間設定回路16は、RSフリップフロップ15の反転出力信号S4B(=出力信号S4の論理反転信号)がローレベルに立ち下げられてから、所定のオン時間Tonが経過した後、リセット信号S3にワンショットパルス(例:立下りパルス)を生成する。 The on-time setting circuit 16 outputs a reset signal S3 after a predetermined on-time Ton has elapsed after the inverted output signal S4B of the RS flip-flop 15 (= the logic inverted signal of the output signal S4) has fallen to a low level. A one-shot pulse (eg, falling pulse) is generated.
ゲートドライバ回路17は、RSフリップフロップ15の出力信号S4に応じてゲート信号G1及びG2を生成し、トランジスタN1及びN2を相補的にスイッチングさせる。なお、本明細書中で用いられる「相補的」という文言の意味には、トランジスタN1及びN2のオン/オフが完全に逆転している場合のほか、貫通電流防止の観点からトランジスタN1及びN2のオン/オフ遷移タイミングに遅延が与えられている場合(いわゆる同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合)も含む。 The gate driver circuit 17 generates gate signals G1 and G2 according to the output signal S4 of the RS flip-flop 15, and switches the transistors N1 and N2 in a complementary manner. Note that the term “complementary” used in this specification includes the case where the transistors N1 and N2 are turned on / off completely, as well as the transistors N1 and N2 from the viewpoint of preventing through current. This includes a case where a delay is given to the on / off transition timing (a case where a so-called simultaneous off period (dead time) is provided).
逆流検出回路18は、コイル電流ILの逆流(コイルL1からトランジスタN2を介して接地端に流れるコイル電流IL)を監視して逆流検出信号S5を生成する。逆流検出信号S5は、コイル電流ILの逆流が検出された時点でハイレベル(逆流検出時の論理レベル)にラッチされ、次周期におけるゲート信号G1の立上りエッジでローレベル(逆流未検出時の論理レベル)にリセットされる。なお、コイル電流ILの逆流を監視する手法としては、例えば、トランジスタN2のオン期間中にスイッチ電圧Vswが負から正に切り替わるゼロクロスポイントを検出すればよい。ゲートドライバ回路17は、逆流検出信号S5がハイレベルであるときには、出力信号S4に依ることなくトランジスタN2を強制的にオフするようにゲート信号G2を生成する。 The backflow detection circuit 18 monitors the backflow of the coil current IL (coil current IL flowing from the coil L1 to the ground terminal via the transistor N2) and generates a backflow detection signal S5. The backflow detection signal S5 is latched at a high level (a logic level when a backflow is detected) when a backflow of the coil current IL is detected, and a low level (a logic when no backflow is detected) at the rising edge of the gate signal G1 in the next cycle. Level). As a method for monitoring the backflow of the coil current IL, for example, a zero cross point at which the switch voltage Vsw switches from negative to positive during the ON period of the transistor N2 may be detected. When the backflow detection signal S5 is at a high level, the gate driver circuit 17 generates the gate signal G2 so as to forcibly turn off the transistor N2 without depending on the output signal S4.
なお、上記したリップルインジェクション回路11、基準電圧生成回路12、メインコンパレータ13、ワンショットパルス生成回路14、RSフリップフロップ15、オン時間設定回路16、ゲートドライバ回路17、及び、逆流検出回路18は、帰還電圧Vfbと基準電圧Vrefとの比較結果に応じてトランジスタN1及びN2のオン/オフ制御を行うことにより、入力電圧Vinから出力電圧Voutを生成する非線形制御方式(本構成例ではボトム検出オン時間固定方式)のスイッチング制御回路として機能する。 The ripple injection circuit 11, the reference voltage generation circuit 12, the main comparator 13, the one-shot pulse generation circuit 14, the RS flip-flop 15, the on-time setting circuit 16, the gate driver circuit 17, and the backflow detection circuit 18 described above are: A non-linear control method for generating the output voltage Vout from the input voltage Vin by performing on / off control of the transistors N1 and N2 according to the comparison result of the feedback voltage Vfb and the reference voltage Vref (in this configuration example, bottom detection on-time) Functions as a switching control circuit.
<スイッチング動作>
図2は、重負荷時(電流連続モード時)のスイッチング動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、帰還電圧Vfb、セット信号S2、リセット信号S3、及び、出力信号S4が描写されている。
<Switching operation>
FIG. 2 is a timing chart showing the switching operation at the time of heavy load (current continuous mode), in which the feedback voltage Vfb, the set signal S2, the reset signal S3, and the output signal S4 are depicted in order from the top.
時刻t11において、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefまで低下すると、セット信号S2がローレベルに立ち下がり、出力信号S4がハイレベルに遷移される。従って、トランジスタN1がオンとなり、帰還電圧Vfbが上昇に転ずる。 When the feedback voltage Vfb decreases to the reference voltage Vref at time t11, the set signal S2 falls to the low level, and the output signal S4 changes to the high level. Accordingly, the transistor N1 is turned on, and the feedback voltage Vfb starts to rise.
その後、オン時間Tonの経過により、時刻t12において、リセット信号S3がローレベルに立ち下がると、出力信号S4がローレベルに遷移される。従って、トランジスタN1がオフとなって、帰還電圧Vfbが再び下降に転ずる。 Thereafter, when the reset signal S3 falls to the low level at the time t12 due to the elapse of the on time Ton, the output signal S4 transitions to the low level. Therefore, the transistor N1 is turned off, and the feedback voltage Vfb starts to fall again.
ゲートドライバ回路17は、出力信号S4に応じてゲート信号G1及びG2を生成し、これを用いてトランジスタN1及びN2のオン/オフ制御を行う。具体的に述べると、出力信号S4がハイレベルであるときには、基本的に、ゲート信号G1がハイレベルとされてトランジスタN1がオンされるとともに、ゲート信号G2がローレベルとされてトランジスタN2がオフされる。逆に、出力信号S4がローレベルであるときには、基本的に、ゲート信号G1がローレベルとされてトランジスタN1がオフされるとともに、ゲート信号G2がハイレベルとされてトランジスタN2がオンされる。 The gate driver circuit 17 generates gate signals G1 and G2 in accordance with the output signal S4, and performs on / off control of the transistors N1 and N2 using this. Specifically, when the output signal S4 is at a high level, basically, the gate signal G1 is set to a high level to turn on the transistor N1, and the gate signal G2 is set to a low level to turn off the transistor N2. Is done. Conversely, when the output signal S4 is at a low level, basically, the gate signal G1 is set to a low level to turn off the transistor N1, and the gate signal G2 is set to a high level to turn on the transistor N2.
上記したトランジスタN1及びN2のオン/オフ制御により、外部端子T3には矩形波形状のスイッチ電圧Vswが現れる。スイッチ電圧Vswは、コイルL1とコンデンサC1によって整流平滑され、出力電圧Voutが生成される。なお、出力電圧Voutは、抵抗R1及びR2により分圧され、分圧電圧Vdiv(延いては帰還電圧Vfb)が生成される。このような出力帰還制御により、スイッチング電源装置1では、極めて簡易な構成によって、入力電圧Vinから所望の出力電圧Voutが生成される。 Due to the on / off control of the transistors N1 and N2, the switch voltage Vsw having a rectangular waveform appears at the external terminal T3. The switch voltage Vsw is rectified and smoothed by the coil L1 and the capacitor C1, and the output voltage Vout is generated. The output voltage Vout is divided by the resistors R1 and R2, and the divided voltage Vdiv (and thus the feedback voltage Vfb) is generated. With such output feedback control, the switching power supply device 1 generates the desired output voltage Vout from the input voltage Vin with a very simple configuration.
<逆流遮断動作>
図3は、軽負荷時(電流不連続モード時)の逆流遮断動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、ゲート信号G1及びG2、逆流検出信号S5、コイル電流IL、並びに、スイッチ電圧Vswが描写されている。
<Backflow blocking operation>
FIG. 3 is a timing chart showing the reverse flow cut-off operation at the time of light load (in the current discontinuous mode). The gate signals G1 and G2, the reverse flow detection signal S5, the coil current IL, and the switch voltage Vsw are sequentially shown from the top. It is depicted.
時刻t21〜t22では、ゲート信号G1がハイレベルとされており、ゲート信号G2がローレベルとされているので、トランジスタN1がオンとなり、トランジスタN2がオフとなる。従って、時刻t21〜t22では、スイッチ電圧Vswがほぼ入力電圧Vinまで上昇し、コイル電流ILが増大していく。 At times t21 to t22, since the gate signal G1 is at a high level and the gate signal G2 is at a low level, the transistor N1 is turned on and the transistor N2 is turned off. Accordingly, at times t21 to t22, the switch voltage Vsw rises to substantially the input voltage Vin, and the coil current IL increases.
時刻t22において、ゲート信号G1がローレベルに立ち下げられ、ゲート信号G2がハイレベルに立ち上げられると、トランジスタN1がオフとなり、トランジスタN2がオンとなる。従って、スイッチ電圧Vswが負電圧(=GND−IL×RN2、ただし、RN2はトランジスタN2のオン抵抗値)まで低下し、コイル電流ILが減少に転じる。 At time t22, when the gate signal G1 falls to the low level and the gate signal G2 rises to the high level, the transistor N1 is turned off and the transistor N2 is turned on. Therefore, the switch voltage Vsw decreases to a negative voltage (= GND−IL × RN2, where RN2 is the on-resistance value of the transistor N2), and the coil current IL starts to decrease.
ここで、負荷に流れる出力電流Ioutが十分に大きい重負荷時には、コイルL1に蓄えられているエネルギが大きいので、ゲート信号G1が再びハイレベルに立ち上げられる時刻t24まで、コイル電流ILはゼロ値を下回ることなく負荷に向けて流れ続け、スイッチ電圧Vswは負電圧に維持される。一方、負荷に流れる出力電流Ioutが小さい軽負荷時には、コイルL1に蓄えられているエネルギが少ないので、時刻t23において、コイル電流ILがゼロ値を下回り、コイル電流ILの逆流が発生して、スイッチ電圧Vswの極性が負から正に切り替わる。このような状態では、コンデンサC1に蓄えられた電荷をコイルL1を介して入力側に戻していることになるので、軽負荷時における効率が低下する。 Here, when the output current Iout flowing through the load is sufficiently heavy, the energy stored in the coil L1 is large, so that the coil current IL has a zero value until time t24 when the gate signal G1 is raised to the high level again. The switch voltage Vsw is maintained at a negative voltage while continuing to flow toward the load without falling below. On the other hand, at the time of light load when the output current Iout flowing through the load is small, the energy stored in the coil L1 is small. Therefore, at time t23, the coil current IL falls below the zero value, and a reverse flow of the coil current IL occurs. The polarity of the voltage Vsw switches from negative to positive. In such a state, since the electric charge stored in the capacitor C1 is returned to the input side via the coil L1, the efficiency at a light load is lowered.
そこで、スイッチング電源装置1は、逆流検出回路18を用いてコイル電流ILの逆流(スイッチ電圧Vswの極性反転)を検出し、逆流検出信号S5のハイレベル期間(時刻t23〜t24)において、トランジスタN2を強制的にオフさせる構成とされている。このような構成とすることにより、コイル電流ILの逆流を速やかに遮断することができるので、軽負荷時における効率低下を解消することが可能となる。 Therefore, the switching power supply device 1 uses the backflow detection circuit 18 to detect backflow of the coil current IL (polarity inversion of the switch voltage Vsw), and during the high level period (time t23 to t24) of the backflow detection signal S5, the transistor N2 Is forcibly turned off. By adopting such a configuration, the reverse flow of the coil current IL can be promptly interrupted, so that it is possible to eliminate a decrease in efficiency at a light load.
<オン時間設定回路>
次に、図4及び図5を参照しながら、オン時間設定回路16の基本的な設計コンセプトについて説明する。
<ON time setting circuit>
Next, a basic design concept of the on-time setting circuit 16 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
図4は、スイッチ出力段20の特性図である。なお、本図中において、LはコイルL1のインダクタンス、DCRはコイルL1の等価直列抵抗、RonHはトランジスタN1のオン抵抗、RonLはトランジスタN2のオン抵抗、IL~はコイル電流ILの平均値を各々示している。 FIG. 4 is a characteristic diagram of the switch output stage 20. In this figure, L is the inductance of the coil L1, DCR is the equivalent series resistance of the coil L1, RonH is the on-resistance of the transistor N1, RonL is the on-resistance of the transistor N2, and IL ~ is the average value of the coil current IL. Show.
図5は、スイッチング周期Tswにおけるコイル電流ILの挙動を示す模式図である。本図で示すように、コイル電流ILは、オン時間Ton(=トランジスタN1がオンされてトランジスタN2がオフされている時間)に亘って電流値I0から電流値I1まで増大した後、オフ時間Toff(=トランジスタN1がオフされてトランジスタN2がオンされている時間)に亘って電流値I1から電流値I2まで減少する。なお、電流値I1及びI2は、次の(1a)式及び(1b)式で各々表すことができる。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the behavior of the coil current IL in the switching period Tsw. As shown in this figure, the coil current IL increases from the current value I0 to the current value I1 over the on time Ton (= the time during which the transistor N1 is turned on and the transistor N2 is turned off), and then the off time Toff. The current value I1 decreases from the current value I1 to the current value I2 over the period (= time when the transistor N1 is turned off and the transistor N2 is turned on). The current values I1 and I2 can be expressed by the following equations (1a) and (1b), respectively.
なお、定常状態ではI0=I2が成立する。これを代入して(1a)式及び(1b)式を整理すると、次の(2)式が得られる。 In the steady state, I0 = I2 is established. By substituting this and rearranging the formulas (1a) and (1b), the following formula (2) is obtained.
上記の(2)式から、スイッチング周期Tsw(延いては、スイッチング周波数fsw(=1/Tsw))を一定とするためには、Vin−(RonH−RonL)×IL~に比例する電流で、コンデンサを0VからVout+(RonL+DCR)×IL~までチャージするときの所要時間をオン時間Tonとして設定すればよいことが分かる。 From the above equation (2), in order to make the switching cycle Tsw (and thus the switching frequency fsw (= 1 / Tsw)) constant, the current is proportional to Vin− (RonH−RonL) × IL˜ It can be seen that the required time for charging the capacitor from 0 V to Vout + (RonL + DCR) × IL˜ may be set as the on time Ton.
ここで、Vin−RonH×IL~は、スイッチ電圧VswのハイレベルVswH(=オン時間Tonにおける電圧レベル)に相当し、−RonL×IL~は、スイッチ電圧VswのローレベルVswL(=オフ時間Toffにおける電圧レベル)に相当し、Vout+DCR×IL~は、スイッチ電圧Vswの平均電位(以下では、平均スイッチ電圧Vsw~と呼ぶ)に相当する。 Here, Vin−RonH × IL˜ corresponds to the high level VswH (= voltage level at the on time Ton) of the switch voltage Vsw, and −RonL × IL˜ represents the low level VswL (= off time Toff of the switch voltage Vsw). Vout + DCR × IL˜ corresponds to the average potential of the switch voltage Vsw (hereinafter referred to as the average switch voltage Vsw˜).
従って、Vin−RonH>>−RonL×IL~であると仮定した場合、スイッチング周期Tswを一定とするためには、まず、オフ時間Toff中にコンデンサをスイッチ電圧VswのローレベルVswL(=−RonL×IL~)としておき、その後、トランジスタN1がオンされた時点で、スイッチ電圧VswのハイレベルVswH(=Vin−RonH×IL~)に比例した電流でコンデンサを充電し始め、コンデンサ電位が平均スイッチ電圧Vsw~に達するまでの所要時間をオン時間Tonとして設定するように、オン時間設定回路16を設計すればよい。 Therefore, assuming that Vin−RonH >> − RonL × IL˜, in order to make the switching cycle Tsw constant, first, during the off time Toff, the capacitor is connected to the low level VswL (= −RonL) of the switch voltage Vsw. XIL ~), and after that, when the transistor N1 is turned on, the capacitor starts to charge with a current proportional to the high level VswH (= Vin-RonH * IL ~) of the switch voltage Vsw. The on-time setting circuit 16 may be designed so that the time required to reach the voltage Vsw ~ is set as the on-time Ton.
図6は、上記の設計コンセプトに基づいて設計されたオン時間設定回路16の基本構成を示す回路図である。本構成例のオン時間設定回路16は、第1電圧生成部Xと、第2電圧生成部Yと、コンパレータZと、を含む。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a basic configuration of the on-time setting circuit 16 designed based on the above design concept. The on-time setting circuit 16 of this configuration example includes a first voltage generation unit X, a second voltage generation unit Y, and a comparator Z.
第1電圧生成部Xは、スイッチ電圧Vswと反転出力信号S4Bの入力を受けてランプ波形(或いは三角波形又はスロープ波形)の第1電圧VXを生成する。第1電圧VXは、オン時間Ton(=反転出力信号S4Bのローレベル期間)には初期値から所定の傾きで上昇し、オフ時間Toff(=反転出力信号S4Bのハイレベル期間)には初期値にリセットされる。 The first voltage generator X receives the switch voltage Vsw and the inverted output signal S4B and generates a first voltage VX having a ramp waveform (or a triangular waveform or a slope waveform). The first voltage VX rises at a predetermined slope from the initial value during the on time Ton (= low level period of the inverted output signal S4B), and the initial value during the off time Toff (= high level period of the inverted output signal S4B). Reset to.
第2電圧生成部Yは、スイッチ電圧Vswの入力を受けて第2電圧VYを生成する。第2電圧VYは、コンパレータZの基準電圧に相当する。 The second voltage generation unit Y receives the switch voltage Vsw and generates the second voltage VY. The second voltage VY corresponds to the reference voltage of the comparator Z.
コンパレータZは、第1電圧生成部Xから反転入力端(−)に入力される第1電圧VXと、第2電圧生成部Yから非反転入力端(+)に入力される第2電圧VYとを比較して、リセット信号S3を生成する。リセット信号S3は、第1電圧VXが第2電圧VYよりも高いときにローレベルとなり、逆に、第1電圧VXが第2電圧VYよりも低いときにハイレベルとなる。なお、リセット信号S3の立下りエッジは、オン時間Tonの終了トリガとして機能する。 The comparator Z includes a first voltage VX input from the first voltage generator X to the inverting input terminal (−), and a second voltage VY input from the second voltage generator Y to the non-inverting input terminal (+). To generate the reset signal S3. The reset signal S3 becomes low level when the first voltage VX is higher than the second voltage VY, and conversely becomes high level when the first voltage VX is lower than the second voltage VY. Note that the falling edge of the reset signal S3 functions as an end trigger for the on-time Ton.
次に、同図を参照しながら、第1電圧生成部Xの回路構成について詳述する。第1電圧生成部Xは、抵抗X1〜X5と、コンデンサX6と、Pチャネル型MOS[metal-oxide-semiconductor]電界効果トランジスタX7及びX8と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタX9〜X12と、オペアンプX13と、放電制御部X14と、を含む。 Next, the circuit configuration of the first voltage generator X will be described in detail with reference to FIG. The first voltage generator X includes resistors X1 to X5, a capacitor X6, P-channel MOS [metal-oxide-semiconductor] field effect transistors X7 and X8, N-channel MOS field effect transistors X9 to X12, and an operational amplifier. X13 and a discharge controller X14.
抵抗X1(抵抗値Rf)の第1端は、スイッチ電圧Vswの入力端に接続されている。抵抗X1の第2端と抵抗X3(抵抗値Rhop)の第1端は、いずれも第1電圧VXの出力端(=コンパレータZの反転入力端(−))に接続されている。抵抗X3の第2端は、コンデンサX6(容量値Cf)の第1端に接続されている。コンデンサX6の第2端は、接地端に接続されている。 A first end of the resistor X1 (resistance value Rf) is connected to an input end of the switch voltage Vsw. The second end of the resistor X1 and the first end of the resistor X3 (resistance value Rhop) are both connected to the output terminal of the first voltage VX (= the inverting input terminal (−) of the comparator Z). The second end of the resistor X3 is connected to the first end of the capacitor X6 (capacitance value Cf). The second end of the capacitor X6 is connected to the ground end.
オペアンプX13の非反転入力端(+)は、第1電圧VXの出力端に接続されている。オペアンプX13の出力端は、トランジスタX9のゲートに接続されている。トランジスタX9のドレインは、オペアンプX13の反転入力端(−)と抵抗X2(抵抗値Rf)の第1端に接続されている。抵抗X2の第2端は、接地端に接続されている。トランジスタX7及びX8のソースは、いずれも電源端に接続されている。トランジスタX7及びX8のゲートは、いずれもトランジスタX8のドレインに接続されている。トランジスタX7のドレインは、第1電圧VXの出力端に接続されている。トランジスタX8のドレインはトランジスタX9のドレインに接続されている。 The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier X13 is connected to the output terminal of the first voltage VX. The output terminal of the operational amplifier X13 is connected to the gate of the transistor X9. The drain of the transistor X9 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier X13 and the first terminal of the resistor X2 (resistance value Rf). A second end of the resistor X2 is connected to the ground end. The sources of the transistors X7 and X8 are both connected to the power supply terminal. The gates of the transistors X7 and X8 are both connected to the drain of the transistor X8. The drain of the transistor X7 is connected to the output terminal of the first voltage VX. The drain of the transistor X8 is connected to the drain of the transistor X9.
トランジスタX10のドレインは、コンデンサX6の第1端に接続されている。トランジスタX10のソースは、接地端に接続されている。トランジスタX10のゲートは、放電制御部X14の第1出力端(=第1放電制御信号Saの出力端)に接続されている。抵抗X4(抵抗値Rd)の第1端は、スイッチ電圧Vswの入力端に接続されている。抵抗X4の第2端は、トランジスタX11のドレインに接続されている。トランジスタX11のソースとトランジスタX12のドレインは、いずれもコンデンサX6の第1端に接続されている。トランジスタX12のソースは、抵抗X5(抵抗値Rd)の第1端に接続されている。抵抗X5の第2端は接地端に接続されている。トランジスタX11及びX12のゲートは、いずれも放電制御部X14の第2出力端(=第2放電制御信号Sbの出力端)に接続されている。放電制御部X14には、反転出力信号S4Bが入力されている。 The drain of the transistor X10 is connected to the first end of the capacitor X6. The source of the transistor X10 is connected to the ground terminal. The gate of the transistor X10 is connected to the first output terminal (= the output terminal of the first discharge control signal Sa) of the discharge controller X14. A first end of the resistor X4 (resistance value Rd) is connected to an input end of the switch voltage Vsw. A second end of the resistor X4 is connected to the drain of the transistor X11. The source of the transistor X11 and the drain of the transistor X12 are both connected to the first end of the capacitor X6. The source of the transistor X12 is connected to the first end of the resistor X5 (resistance value Rd). A second end of the resistor X5 is connected to the ground terminal. The gates of the transistors X11 and X12 are both connected to the second output terminal (= the output terminal of the second discharge control signal Sb) of the discharge controller X14. An inverted output signal S4B is input to the discharge controller X14.
上記構成から成る第1電圧生成部Xにおいて、抵抗X1及びX2、トランジスタX7〜X9、並びに、オペアンプX13は、コンデンサX6の充電回路に相当する。抵抗X1には、スイッチ電圧Vswと第1電圧VXとの差分に応じた第1電流IX1(=(Vsw−VX)/Rf)が流れる。オペアンプX13は、非反転入力端(+)と反転入力端(−)とがイマジナリショートするようにトランジスタX9のゲート制御を行うので、抵抗X2の第1端には、第1電圧VXが現れる。従って、抵抗X2には、第1電圧VXに応じた第2電流IX2(=VX/Rf)が流れる。トランジスタX7及びX8から成るカレントミラーは、第2電流IX2をミラーして第1電流IX1に足し合わせることにより、スイッチ電圧Vswに応じた第3電流I3(=Vsw/Rf)を生成する。 In the first voltage generation unit X configured as described above, the resistors X1 and X2, the transistors X7 to X9, and the operational amplifier X13 correspond to a charging circuit for the capacitor X6. A first current IX1 (= (Vsw−VX) / Rf) corresponding to the difference between the switch voltage Vsw and the first voltage VX flows through the resistor X1. Since the operational amplifier X13 controls the gate of the transistor X9 so that the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) are short-circuited, the first voltage VX appears at the first terminal of the resistor X2. Accordingly, the second current IX2 (= VX / Rf) corresponding to the first voltage VX flows through the resistor X2. The current mirror composed of the transistors X7 and X8 generates the third current I3 (= Vsw / Rf) corresponding to the switch voltage Vsw by mirroring the second current IX2 and adding it to the first current IX1.
反転出力信号S4Bのローレベル期間(=オン時間Ton)には、放電制御部X14がトランジスタX10〜X12をいずれもオフとするので、コンデンサX6の放電経路が遮断される。従って、第3電流I3によりコンデンサX6が充電されるので、第1電圧VXが上昇していく。 During the low level period (= on time Ton) of the inverted output signal S4B, the discharge controller X14 turns off the transistors X10 to X12, so that the discharge path of the capacitor X6 is cut off. Accordingly, since the capacitor X6 is charged by the third current I3, the first voltage VX increases.
なお、コンデンサX6の充電時には、第1電圧VXがゼロから上昇し始めるので、第2電流IX2もゼロから増大し始める。従って、多少の起動遅延があってもオン時間Tonに大きな影響を及ぼすことはない。 Note that, when the capacitor X6 is charged, the first voltage VX starts to increase from zero, so the second current IX2 also starts to increase from zero. Therefore, even if there is a slight activation delay, the on-time Ton is not greatly affected.
抵抗X3は、メインコンパレータ13やゲートドライバ回路17などで生じる信号遅延時間を補正するための補正電圧を生成する。このような抵抗X3を設けることにより、Cf×Rhopに相当する遅延時間補正を行うことが可能となる。なお、抵抗X3の抵抗値Rhopを変えると、スイッチング周波数fswの入力電圧依存特性(Vin依存特性)が変わる。従って、抵抗X3の抵抗値Rhopは、事前の評価結果に応じて最適値に合わせ込むことが望ましい。 The resistor X3 generates a correction voltage for correcting a signal delay time generated in the main comparator 13, the gate driver circuit 17, and the like. By providing such a resistor X3, it is possible to perform a delay time correction corresponding to Cf × Rhop. Note that when the resistance value Rhop of the resistor X3 is changed, the input voltage dependency characteristic (Vin dependency characteristic) of the switching frequency fsw is changed. Therefore, it is desirable that the resistance value Rhop of the resistor X3 is adjusted to the optimum value according to the previous evaluation result.
また、上記構成から成る第1電圧生成部Xにおいて、抵抗X4及びX5、トランジスタX10〜X12、並びに、放電制御部X14は、コンデンサX6の放電回路に相当する。反転出力信号S4Bのハイレベル期間(=オフ時間Toff)において、放電制御部X14は、まず、所定のミニマムオフ時間(例えば100ns)に亘り、トランジスタX10をオンしてトランジスタX11及びX12をオフする。その結果、コンデンサX6がトランジスタX10を介してGND電位(=0V)まで素早くディスチャージされる。 In the first voltage generation unit X configured as described above, the resistors X4 and X5, the transistors X10 to X12, and the discharge control unit X14 correspond to a discharge circuit of the capacitor X6. In the high level period (= off time Toff) of the inverted output signal S4B, the discharge control unit X14 first turns on the transistor X10 and turns off the transistors X11 and X12 for a predetermined minimum off time (for example, 100 ns). As a result, the capacitor X6 is quickly discharged to the GND potential (= 0V) via the transistor X10.
その後、放電制御部X14は、トランジスタX10をオフしてトランジスタX11及びX12をオンする。その結果、コンデンサX6は、スイッチ電圧VswのローレベルVswLを1/2に分圧した負電圧(=VswL/2)までさらにディスチャージされる。 Thereafter, the discharge controller X14 turns off the transistor X10 and turns on the transistors X11 and X12. As a result, the capacitor X6 is further discharged to a negative voltage (= VswL / 2) obtained by dividing the low level VswL of the switch voltage Vsw by 1/2.
なお、電流不連続モードにおけるトランジスタN2の強制オフ時(逆流遮断時)には、トランジスタN1及びN2がいずれもオフとなるので、スイッチ電圧Vswがほぼ出力電圧Voutまで上昇する。そのため、上記のようにトランジスタX11及びX12をオンしていると、オフ時間Toff中にコンデンサX6が出力電圧Voutの1/2まで充電されてしまうので、その後のオン時間設定動作(=第1電圧VXと第2電圧VYとの比較動作)に支障を生じる。そこで、電流不連続モードでは、反転出力信号S4Bのハイレベル期間に亘って第1電圧VXをGND電位(=0V)に固定するように、放電制御部X14による放電制御が行われる。具体的には、反転出力信号S4Bのハイレベル期間に亘って、トランジスタX10がオンとされ、トランジスタX11及びX12がオフとされる。 Note that when the transistor N2 is forcibly turned off in the current discontinuous mode (when the reverse flow is interrupted), both the transistors N1 and N2 are turned off, so that the switch voltage Vsw substantially rises to the output voltage Vout. Therefore, when the transistors X11 and X12 are turned on as described above, the capacitor X6 is charged to ½ of the output voltage Vout during the off time Toff, so that the subsequent on-time setting operation (= first voltage) (Comparison operation between VX and second voltage VY) is hindered. Therefore, in the current discontinuous mode, the discharge control by the discharge control unit X14 is performed so that the first voltage VX is fixed to the GND potential (= 0V) over the high level period of the inverted output signal S4B. Specifically, the transistor X10 is turned on and the transistors X11 and X12 are turned off over the high level period of the inverted output signal S4B.
次に、同図を参照しながら、第2電圧生成部Yの回路構成について詳述する。第2電圧生成部Yは、抵抗Y1〜Y3とコンデンサY4及びY5を含む。 Next, the circuit configuration of the second voltage generator Y will be described in detail with reference to FIG. The second voltage generation unit Y includes resistors Y1 to Y3 and capacitors Y4 and Y5.
抵抗Y1(抵抗値:Rf1)の第1端は、スイッチ電圧Vswの入力端に接続されている。抵抗Y1の第2端は、抵抗Y2(抵抗値:Rf1)の第1端と、抵抗Y3(抵抗値:Rf2)の第1端と、コンデンサY4(容量値:Cf1)の第1端に接続されている。抵抗Y2の第2端とコンデンサY4の第2端は、いずれも接地端に接続されている。抵抗Y3の第2端とコンデンサY5(容量値:Cf2)の第1端は、いずれも第2電圧VYの出力端(=コンパレータZの非反転入力端(+))に接続されている。コンデンサY5の第2端は、接地端に接続されている。 A first end of the resistor Y1 (resistance value: Rf1) is connected to an input end of the switch voltage Vsw. The second end of the resistor Y1 is connected to the first end of the resistor Y2 (resistance value: Rf1), the first end of the resistor Y3 (resistance value: Rf2), and the first end of the capacitor Y4 (capacitance value: Cf1). Has been. The second end of the resistor Y2 and the second end of the capacitor Y4 are both connected to the ground terminal. The second end of the resistor Y3 and the first end of the capacitor Y5 (capacitance value: Cf2) are both connected to the output terminal of the second voltage VY (= the non-inverting input terminal (+) of the comparator Z). The second end of the capacitor Y5 is connected to the ground end.
上記構成から成る第2電圧生成部Yにおいて、抵抗Y1と抵抗Y2は、スイッチ電圧Vswの分圧電圧(=Vsw/2)を生成する分圧回路として機能する。また、抵抗Y1及びY3とコンデンサY4及びY5は、スイッチ電圧Vswの分圧電圧(=Vsw/2)を積分して第2電圧VYを生成する2次のRCローパスフィルタ(RC積分回路)として機能する。本構成例の第2電圧生成部Yでは、平均スイッチ電圧Vsw~の1/2に相当する第2電圧VY(=Vsw~/2)が生成される。 In the second voltage generating unit Y configured as described above, the resistor Y1 and the resistor Y2 function as a voltage dividing circuit that generates a divided voltage (= Vsw / 2) of the switch voltage Vsw. The resistors Y1 and Y3 and the capacitors Y4 and Y5 function as a secondary RC low-pass filter (RC integration circuit) that integrates the divided voltage (= Vsw / 2) of the switch voltage Vsw to generate the second voltage VY. To do. In the second voltage generation unit Y of this configuration example, a second voltage VY (= Vsw˜ / 2) corresponding to ½ of the average switch voltage Vsw˜ is generated.
なお、RCローパスフィルタの次数は、2次に限定されるものではなく、1次であっても構わないし、3次以上であっても構わない。 The order of the RC low-pass filter is not limited to the second order, and may be the first order or the third order or higher.
また、スイッチ電圧Vswを分圧せずに第2電圧VYを生成する場合には、抵抗Y2、抵抗X4及びX5、並びに、トランジスタX10が不要となる。ただし、第1電圧VXの変動幅が大きくなるので、高い入力電圧Vinを取り扱う場合には、オン時間設定回路16の耐圧設計に留意が必要となる。 Further, when the second voltage VY is generated without dividing the switch voltage Vsw, the resistor Y2, the resistors X4 and X5, and the transistor X10 are unnecessary. However, since the fluctuation range of the first voltage VX becomes large, attention must be paid to the withstand voltage design of the on-time setting circuit 16 when handling a high input voltage Vin.
図7は、オン時間設定回路16の基本動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、スイッチ電圧Vsw、第1電圧VX、第2電圧VY、リセット信号S3、反転出力信号S4B、第1放電制御信号Sa、及び、第2放電制御信号Sbが描写されている。 FIG. 7 is a timing chart showing the basic operation of the on-time setting circuit 16, and in order from the top, the switch voltage Vsw, the first voltage VX, the second voltage VY, the reset signal S3, the inverted output signal S4B, and the first discharge control. The signal Sa and the second discharge control signal Sb are depicted.
時刻t31〜t33は、反転出力信号S4Bのハイレベル期間(=オフ時間Toff)に相当する。当該期間中には、まず、時刻t31〜t32に亘り、第1放電制御信号Saがハイレベルとされて、第2放電制御信号Sbがローレベルとされる。その結果、トランジスタX10がオンとなり、トランジスタX11及びX12がオフとなるので、第1電圧VXがGND電位(=0V)まで素早くディスチャージされる。 Times t31 to t33 correspond to a high level period (= off time Toff) of the inverted output signal S4B. During the period, first, the first discharge control signal Sa is set to a high level and the second discharge control signal Sb is set to a low level over a period of time t31 to t32. As a result, the transistor X10 is turned on and the transistors X11 and X12 are turned off, so that the first voltage VX is quickly discharged to the GND potential (= 0V).
次に、時刻t32〜t33では、第1放電制御信号Saがローレベルとされて、第2放電制御信号Sbがハイレベルとされる。その結果、トランジスタX10がオフとなり、トランジスタX11及びX12がオンとなるので、第1電圧VXがスイッチ電圧VswのローレベルVswLを1/2に分圧した分圧電圧(=VswL/2)までさらにディスチャージされる。 Next, from time t32 to t33, the first discharge control signal Sa is set to the low level, and the second discharge control signal Sb is set to the high level. As a result, since the transistor X10 is turned off and the transistors X11 and X12 are turned on, the first voltage VX is further reduced to a divided voltage (= VswL / 2) obtained by dividing the low level VswL of the switch voltage Vsw by half. Discharged.
一方、時刻t33〜時刻t34は、反転出力信号S4Bのローレベル期間(=オン時間Ton)に相当する。当該期間中には、第1放電制御信号Saと第2放電制御信号Sbがいずれもローレベルとされる。その結果、コンデンサX6の放電経路が遮断されるので、第3電流I3によるコンデンサX6の充電が進められて、第1電圧VXが上昇していく。そして、時刻t34において、第1電圧VXが第2電圧VYよりも高くなると、リセット信号S3がローレベルに立ち下がり、オン時間Tonが終了する。なお、時刻t34以降においても、上記と同様の動作が繰り返される。 On the other hand, the time t33 to the time t34 correspond to the low level period (= on time Ton) of the inverted output signal S4B. During the period, both the first discharge control signal Sa and the second discharge control signal Sb are at a low level. As a result, the discharge path of the capacitor X6 is cut off, so that the charging of the capacitor X6 with the third current I3 proceeds and the first voltage VX increases. At time t34, when the first voltage VX becomes higher than the second voltage VY, the reset signal S3 falls to the low level, and the on time Ton ends. Note that the same operation as described above is repeated after time t34.
このように、オン時間設定回路16は、オフ時間Toff中にコンデンサX6をスイッチ電圧VswのローレベルVswLに応じた初期値(=VswL/2)にディスチャージしておき、その後、トランジスタN1がオンされた時点で、スイッチ電圧VswのハイレベルVswHに比例した第3電流IX3でコンデンサX6を充電し始め、第1電圧VXが第2電圧VY(=平均スイッチ電圧Vsw~の1/2)に達するまでの所要時間をオン時間Tonとして設定するように設計されている。 As described above, the on-time setting circuit 16 discharges the capacitor X6 to the initial value (= VswL / 2) corresponding to the low level VswL of the switch voltage Vsw during the off-time Toff, and then the transistor N1 is turned on. At the time, the capacitor X6 starts to be charged with the third current IX3 proportional to the high level VswH of the switch voltage Vsw until the first voltage VX reaches the second voltage VY (= 1/2 of the average switch voltage Vsw ~). The required time is set as the on-time Ton.
このような構成とすることにより、非線形制御方式の長所を損なうことなく、スイッチング周波数fswの変動を抑制することができる。従って、出力電圧精度やロードレギュレーション特性の向上、セット設計におけるEMI[electromagnetic interference]対策やノイズ対策の容易化を実現することが可能となる。また、入力電圧Vinの変動が大きいアプリケーションや、様々な出力電圧Voutを必要とあるアプリケーションの電源手段として、スイッチング電源装置1を支障なく適用することも可能となる。 By adopting such a configuration, fluctuations in the switching frequency fsw can be suppressed without impairing the advantages of the nonlinear control method. Therefore, it is possible to improve output voltage accuracy and load regulation characteristics, and facilitate measures against EMI (electromagnetic interference) and noise in set design. In addition, the switching power supply device 1 can be applied without any problem as a power supply means for an application in which the fluctuation of the input voltage Vin is large or an application that requires various output voltages Vout.
<第2電圧生成部(第1変形例)>
図8は、第2電圧生成部Yの第1変形例を示す回路図である。本変形例の第2電圧生成部Yは、先の基本構成(図6)をベースとしつつ、さらに、コンデンサY6及びY7と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタY8〜Y10と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタY11〜Y14と、インバータY15と、を含む。そこで、先の基本構成と同様の回路要素については、図6と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第1変形例の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Second Voltage Generating Unit (First Modification)>
FIG. 8 is a circuit diagram showing a first modification of the second voltage generator Y. The second voltage generation unit Y of the present modification is based on the basic configuration (FIG. 6), and further includes capacitors Y6 and Y7, P-channel MOS field effect transistors Y8 to Y10, and an N-channel MOS electric field. It includes effect transistors Y11 to Y14 and an inverter Y15. Therefore, the same reference numerals as those in FIG. 6 are assigned to the same circuit elements as those in the previous basic configuration, and the redundant description is omitted. In the following, the characteristic portions of the first modification will be mainly described.
コンデンサY6(容量値:Cf1)の第1端は、出力電圧Voutの入力端に接続されている。コンデンサY6の第2端は、コンデンサY4の第1端に接続されている。 The first end of the capacitor Y6 (capacitance value: Cf1) is connected to the input end of the output voltage Vout. The second end of the capacitor Y6 is connected to the first end of the capacitor Y4.
抵抗Y2の第2端とコンデンサY4の第2端は、接地端に接続されるのではなく、トランジスタY13のドレインに接続されている。トランジスタY13のソースは、接地端に接続されている。トランジスタY13のゲートは、イネーブル信号ENの入力端に接続されている。このように、抵抗Y2及びコンデンサY4と接地端との間には、トランジスタY13が挿入されている。 The second end of the resistor Y2 and the second end of the capacitor Y4 are not connected to the ground end, but are connected to the drain of the transistor Y13. The source of the transistor Y13 is connected to the ground terminal. The gate of the transistor Y13 is connected to the input terminal of the enable signal EN. Thus, the transistor Y13 is inserted between the resistor Y2 and the capacitor Y4 and the ground terminal.
トランジスタY8のソースは、コンデンサY4の第1端に接続されている。トランジスタY8のドレインは、コンデンサY4の第2端に接続されている。トランジスタY8のゲートは、イネーブル信号ENの入力端に接続されている。 The source of the transistor Y8 is connected to the first end of the capacitor Y4. The drain of the transistor Y8 is connected to the second end of the capacitor Y4. The gate of the transistor Y8 is connected to the input terminal of the enable signal EN.
トランジスタY9のソースは、コンデンサY6の第1端に接続されている。トランジスタY9のドレインは、コンデンサY6の第2端に接続されている。トランジスタY9のゲートは、イネーブル信号ENの入力端に接続されている。 The source of the transistor Y9 is connected to the first end of the capacitor Y6. The drain of the transistor Y9 is connected to the second end of the capacitor Y6. The gate of the transistor Y9 is connected to the input terminal of the enable signal EN.
抵抗Y3の第2端は、第2電圧VYの出力端ではなく、トランジスタY14のドレインに接続されている。トランジスタY14のソースは、第2電圧VYの出力端に接続されている。トランジスタY14のゲートは、イネーブル信号ENの入力端に接続されている。このように、抵抗Y3の第2端と第2電圧VYの出力端との間には、トランジスタY14が挿入されている。 The second end of the resistor Y3 is connected not to the output end of the second voltage VY but to the drain of the transistor Y14. The source of the transistor Y14 is connected to the output terminal of the second voltage VY. The gate of the transistor Y14 is connected to the input terminal of the enable signal EN. Thus, the transistor Y14 is inserted between the second end of the resistor Y3 and the output end of the second voltage VY.
コンデンサY7(容量値:Cf2)の第1端は、トランジスタY10のドレインに接続されている。コンデンサY7の第2端は、コンデンサY5の第1端に接続されている。 A first end of the capacitor Y7 (capacitance value: Cf2) is connected to the drain of the transistor Y10. The second end of the capacitor Y7 is connected to the first end of the capacitor Y5.
トランジスタY10のソースは、出力電圧Voutの入力端に接続されている。トランジスタY10のドレインは、コンデンサY7の第1端に接続されている。トランジスタY10のゲートは、インバータY15の出力端に接続されている。 The source of the transistor Y10 is connected to the input terminal of the output voltage Vout. The drain of the transistor Y10 is connected to the first end of the capacitor Y7. The gate of the transistor Y10 is connected to the output terminal of the inverter Y15.
トランジスタY11のドレインは、コンデンサY5の第1端に接続されている。トランジスタY11のソースは、コンデンサY5の第2端に接続されている。トランジスタY11のゲートは、インバータY15の出力端に接続されている。インバータY15の入力端は、イネーブル信号ENの入力端に接続されている。 The drain of the transistor Y11 is connected to the first end of the capacitor Y5. The source of the transistor Y11 is connected to the second end of the capacitor Y5. The gate of the transistor Y11 is connected to the output terminal of the inverter Y15. The input end of the inverter Y15 is connected to the input end of the enable signal EN.
トランジスタY12のドレインは、コンデンサY7の第1端に接続されている。トランジスタY12のソースは、コンデンサY7の第2端に接続されている。トランジスタY12のゲートは、インバータY15の出力端に接続されている。 The drain of the transistor Y12 is connected to the first end of the capacitor Y7. The source of the transistor Y12 is connected to the second end of the capacitor Y7. The gate of the transistor Y12 is connected to the output terminal of the inverter Y15.
イネーブル信号ENは、スイッチング停止時(=コイル電流ILの逆流が検出されてトランジスタN1及びN2がいずれもオフされたとき)にローレベルとなり、スイッチング再開時(=次周期においてトランジスタN1がオンされたとき)にハイレベルとなる論理信号である。なお、イネーブル信号ENとしては、例えば、先述の逆流検出信号S5を流用することが可能である。 The enable signal EN becomes low level when switching is stopped (= when the reverse current of the coil current IL is detected and both the transistors N1 and N2 are turned off), and when switching is resumed (= the transistor N1 is turned on in the next cycle) Logic signal that goes high. As the enable signal EN, for example, the backflow detection signal S5 described above can be used.
なお、イネーブル信号ENがローレベルであるときには、トランジスタY13及びY14がオフとなり、抵抗Y1及びY2を介する電流経路、並びに、抵抗Y3を介する電流経路がいずれも遮断される。すなわち、トランジスタY13及びY14は、スイッチング停止時にスイッチ電圧Vswの入力端から接地端に至る電流経路を遮断する電流経路遮断器として機能する。このような構成とすることにより、スイッチング停止時の省電力化を実現することが可能となる。 When the enable signal EN is at the low level, the transistors Y13 and Y14 are turned off, and the current path through the resistors Y1 and Y2 and the current path through the resistor Y3 are both cut off. That is, the transistors Y13 and Y14 function as a current path breaker that blocks a current path from the input terminal of the switch voltage Vsw to the ground terminal when switching is stopped. With such a configuration, it is possible to realize power saving when switching is stopped.
ただし、上記の電流経路を遮断している間は、第2電圧VYがGND電位(=0V)まで低下してしまう。そのため、スイッチング再開時には、第2電圧VYを素早く元の電圧値(=Vsw~/2)まで引き上げる必要がある。しかしながら、RCローパスフィルタによるスイッチ電圧Vswの積分処理では、第2電圧VYの復帰に長時間を要するので、オン時間設定動作に支障を生じる。 However, while the current path is cut off, the second voltage VY drops to the GND potential (= 0V). Therefore, when switching is resumed, the second voltage VY needs to be quickly raised to the original voltage value (= Vsw ~ / 2). However, in the integration process of the switch voltage Vsw by the RC low-pass filter, it takes a long time to recover the second voltage VY, which causes an obstacle to the on-time setting operation.
一方、定常状態における平均スイッチ電圧Vsw~は、出力電圧Voutと概ね一致する。この事実に鑑み、本変形例の第2電圧生成部Yは、スイッチング再開時に出力電圧Voutを容量分圧することにより、第2電圧VYを所定の初期値VY0(=Vout/2≒Vsw~/2)まで瞬間的に引き上げるプルアップ部を有する。 On the other hand, the average switch voltage Vsw˜ in the steady state substantially coincides with the output voltage Vout. In view of this fact, the second voltage generation unit Y of the present modified example capacitively divides the output voltage Vout when switching is resumed, whereby the second voltage VY is set to a predetermined initial value VY0 (= Vout / 2≈Vsw˜ / 2). ) Has a pull-up portion that pulls up momentarily.
より具体的に述べると、本変形例の第2電圧生成部Yでは、RCローパスフィルタを形成するコンデンサY4及びY5に対して、それぞれ直列にコンデンサY6及びY7が接続されている。すなわち、出力電圧Voutの入力端と接地端との間には、コンデンサY4及びY6から成る第1容量分圧回路と、コンデンサY5及びY7から成る第2容量分圧回路が形成されており、これら2つの容量分圧回路がプルアップ部として機能する。 More specifically, in the second voltage generation unit Y of this modification, capacitors Y6 and Y7 are connected in series to the capacitors Y4 and Y5 that form the RC low-pass filter, respectively. That is, between the input terminal of the output voltage Vout and the ground terminal, a first capacity voltage dividing circuit composed of capacitors Y4 and Y6 and a second capacity voltage dividing circuit composed of capacitors Y5 and Y7 are formed. Two capacitive voltage dividing circuits function as a pull-up unit.
イネーブル信号ENがローレベルからハイレベルに立ち上がり、トランジスタY13がオンすると、コンデンサY4とコンデンサY6との接続ノードに容量分圧電圧(=Vout/2)が現れる。同様に、イネーブル信号ENがローレベルからハイレベルに立ち上がり、トランジスタY10がオンすると、コンデンサY5とコンデンサY7との接続ノードに容量分圧電圧(=Vout/2)が現れる。 When the enable signal EN rises from a low level to a high level and the transistor Y13 is turned on, a capacitance divided voltage (= Vout / 2) appears at a connection node between the capacitors Y4 and Y6. Similarly, when the enable signal EN rises from a low level to a high level and the transistor Y10 is turned on, a capacitance divided voltage (= Vout / 2) appears at a connection node between the capacitors Y5 and Y7.
このような構成とすることにより、スイッチング再開時には、RCローパスフィルタによるスイッチ電圧Vswの積分処理を待つことなく、第2電圧VYを所定の初期値VY0(=Vout/2)まで瞬間的に引き上げることが可能となる。なお、スイッチング再開後、第2電圧VYは、RCローパスフィルタが持つ時定数に従い、本来の電圧値(=RCローパスフィルタで得られる積分値Vsw~/2)に落ち着く。 With such a configuration, when switching is resumed, the second voltage VY is instantaneously raised to the predetermined initial value VY0 (= Vout / 2) without waiting for the integration process of the switch voltage Vsw by the RC low-pass filter. Is possible. Note that after restarting the switching, the second voltage VY settles to the original voltage value (= integrated value Vsw˜ / 2 obtained by the RC low-pass filter) according to the time constant of the RC low-pass filter.
なお、イネーブル信号ENがハイレベルである間、抵抗Y1と抵抗Y2との接続ノードは、第1容量分圧回路によってVout/2にバイアスされ、第2電圧VYの出力端は、第2容量分圧回路によってVout/2にバイアスされる。従って、第2電圧VYが出力変動に追従しやすくなるので、第2電圧VYの挙動を安定化することが可能となる。 While the enable signal EN is at the high level, the connection node between the resistor Y1 and the resistor Y2 is biased to Vout / 2 by the first capacitor voltage dividing circuit, and the output terminal of the second voltage VY is the second capacitor. Biased to Vout / 2 by the pressure circuit. Therefore, since the second voltage VY can easily follow the output fluctuation, the behavior of the second voltage VY can be stabilized.
また、コンデンサY4〜Y7には、トランジスタY8及びY9、並びに、トランジスタY11及びY12がそれぞれ並列接続されている。これらのトランジスタY8及びY9、並びに、トランジスタY11及びY12は、いずれも、イネーブル信号ENがハイレベルであるときにオンし、イネーブル信号ENがローレベルであるときにオフする。 The capacitors Y4 to Y7 are connected in parallel with transistors Y8 and Y9 and transistors Y11 and Y12, respectively. The transistors Y8 and Y9 and the transistors Y11 and Y12 are both turned on when the enable signal EN is at a high level and turned off when the enable signal EN is at a low level.
従って、スイッチング再開時にイネーブル信号ENがハイレベルに立ち上げられると、コンデンサY4〜Y7それぞれの両端間がショートされて、各々に蓄積された電荷が放電される。このような構成とすることにより、スイッチング再開毎に第2電圧VYのプルアップ動作を正しく行うことができる。 Therefore, when the enable signal EN is raised to a high level when switching is resumed, both ends of each of the capacitors Y4 to Y7 are short-circuited, and the charge accumulated in each capacitor is discharged. With such a configuration, the pull-up operation of the second voltage VY can be correctly performed every time switching is resumed.
<第2電圧生成部(第2変形例)>
図9は、第2電圧生成部Yの第2変形例を示す回路図である。本変形例の第2電圧生成部Yは、先の第1変形例(図8)をベースとしつつ、さらに、プルアップ部の追加要素として、抵抗Y18と、コンデンサY16及びY17と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタY19と、を含む。そこで、先の第1変形例と同様の回路要素については、図8と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2変形例の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Second Voltage Generating Unit (Second Modification)>
FIG. 9 is a circuit diagram showing a second modification of the second voltage generator Y. The second voltage generation unit Y of the present modification is based on the first modification (FIG. 8), and further includes a resistor Y18, capacitors Y16 and Y17, and an N-channel type as additional elements of the pull-up unit. MOS field effect transistor Y19. Therefore, the same circuit elements as those of the first modification are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 8, and redundant description is omitted. Hereinafter, the characteristic parts of the second modification will be mainly described. .
コンデンサY16(容量値:Ch1)の第1端は、コンデンサY7の第1端に接続されている。コンデンサY16の第2端と抵抗Y18(抵抗値:Rh2)の第1端は、いずれも、第2電圧VYの出力端に接続されている。抵抗Y18の第2端は、コンデンサY17(容量値:Ch2)の第1端に接続されている。コンデンサY17の第2端は、接地端に接続されている。 The first end of the capacitor Y16 (capacitance value: Ch1) is connected to the first end of the capacitor Y7. The second end of the capacitor Y16 and the first end of the resistor Y18 (resistance value: Rh2) are both connected to the output end of the second voltage VY. The second end of the resistor Y18 is connected to the first end of the capacitor Y17 (capacitance value: Ch2). The second end of the capacitor Y17 is connected to the ground end.
トランジスタY19のドレインは、抵抗Y18の第1端に接続されている。トランジスタY19のソースは、抵抗Y18の第2端に接続されている。トランジスタY19のゲートは、イネーブル信号ENの入力端に接続されている。 The drain of the transistor Y19 is connected to the first end of the resistor Y18. The source of the transistor Y19 is connected to the second end of the resistor Y18. The gate of the transistor Y19 is connected to the input terminal of the enable signal EN.
なお、第2電圧生成部Yのプルアップ部は、パッシブデバイスとスイッチのみで構成されているので、バイアス電流が不要であり、待機電流ゼロを容易に実現することが可能である。また、起動時の遅延についても原理的には存在しない。 In addition, since the pull-up unit of the second voltage generation unit Y is composed of only passive devices and switches, no bias current is required, and zero standby current can be easily realized. In principle, there is no delay at startup.
次に、上記の追加要素(コンデンサY16及びY17、抵抗Y18、並びに、トランジスタY19)を用いたオン時間変調動作について説明する。コンデンサY17を無視した場合、コンデンサY16を追加したことにより、スイッチング再開時における第2電圧VYの初期値VY1は、次の(3)式で表される電圧値となる。すなわち、コンデンサY16の容量値Ch1が大きいほど、第2電圧VYの初期値VY1が高くなる。 Next, an on-time modulation operation using the above additional elements (capacitors Y16 and Y17, resistor Y18, and transistor Y19) will be described. When the capacitor Y17 is ignored, by adding the capacitor Y16, the initial value VY1 of the second voltage VY when switching is resumed is a voltage value represented by the following equation (3). That is, the larger the capacitance value Ch1 of the capacitor Y16, the higher the initial value VY1 of the second voltage VY.
一方、コンデンサY16を無視した場合、コンデンサY17を追加したことにより、スイッチング再開時における第2電圧VYの初期値VY2は、次の(4)式で表される電圧値となる。すなわち、コンデンサY17の容量値Ch2が大きいほど、第2電圧VYの初期値VY2が低くなる。 On the other hand, when the capacitor Y16 is ignored, by adding the capacitor Y17, the initial value VY2 of the second voltage VY when switching is resumed is a voltage value represented by the following equation (4). That is, the larger the capacitance value Ch2 of the capacitor Y17, the lower the initial value VY2 of the second voltage VY.
ただし、上記の(4)式が成立するのは、スイッチング再開時点でコンデンサY17が完全に放電されている場合、すなわち、イネーブル信号ENのローレベル期間(=トランジスタY19のオフ期間)がコンデンサY17と抵抗Y18から成るRC回路の時定数τ(=Ch2×Rh2)よりも長い場合である。 However, the above equation (4) is established when the capacitor Y17 is completely discharged at the time of restarting the switching, that is, the low level period of the enable signal EN (= the off period of the transistor Y19) is the same as that of the capacitor Y17. This is a case where it is longer than the time constant τ (= Ch2 × Rh2) of the RC circuit comprising the resistor Y18.
イネーブル信号ENのローレベル期間が時定数τよりも短いほど、コンデンサY17の電荷がより多く放電されずに残るので、第2電圧VYの初期値を引き下げる効果が小さくなる。すなわち、コンデンサY17による初期値の引き下げ効果は、負荷が軽い(=イネーブル信号ENのローレベル期間が長い)ほど大きくなり、負荷が重い(=イネーブル信号ENのローレベル期間が短い)ほど小さくなる。 As the low level period of the enable signal EN is shorter than the time constant τ, the charge of the capacitor Y17 remains without being discharged, and thus the effect of lowering the initial value of the second voltage VY is reduced. That is, the effect of lowering the initial value by the capacitor Y17 increases as the load is light (= the low level period of the enable signal EN is long), and decreases as the load is heavy (= the low level period of the enable signal EN is short).
上記したコンデンサY16及びY17の動作を合わせると、次のようになる。 The combined operation of the capacitors Y16 and Y17 is as follows.
まず、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わる直前の負荷領域では、イネーブル信号ENのローレベル期間が先述の時定数τよりも十分に短く、コンデンサY17に蓄えられた電荷が殆ど放電されない状態となる。従って、コンデンサY17を無視することができるので、スイッチング再開時には、第2電圧VYが先出の(3)式で表される初期値VY1までプルアップされる。 First, in the load region immediately before switching from the current discontinuous mode to the current continuous mode, the low level period of the enable signal EN is sufficiently shorter than the time constant τ described above, and the charge stored in the capacitor Y17 is hardly discharged. Become. Accordingly, since the capacitor Y17 can be ignored, the second voltage VY is pulled up to the initial value VY1 expressed by the above equation (3) when switching is resumed.
一方、電流不連続モードにおいて、負荷が十分に軽くなり、イネーブル信号ENのローレベル期間中にコンデンサY17が完全に放電される状態に至ると、スイッチング再開時における第2電圧VYの初期値VY3は、次の(5)式で表される電圧値となる。この状態は、4つのコンデンサ(Y5、Y7、Y16、Y17)全てを用いて、出力電圧Voutの容量分圧が行われている状態に相当する。 On the other hand, in the current discontinuous mode, when the load becomes light enough and the capacitor Y17 is completely discharged during the low level period of the enable signal EN, the initial value VY3 of the second voltage VY when switching is resumed is The voltage value is expressed by the following equation (5). This state corresponds to a state in which capacitive division of the output voltage Vout is performed using all four capacitors (Y5, Y7, Y16, Y17).
ただし、上記の(5)式が成立するのは、スイッチング再開時点でコンデンサY17が完全に放電されている場合であり、負荷が重くなるほど(=イネーブル信号ENのローレベル期間が短くなるほど)、第2電圧VYの初期値がVY3からVY1に近付いていく。 However, the above equation (5) is satisfied when the capacitor Y17 is completely discharged at the time of restarting the switching. As the load becomes heavier (= the lower level period of the enable signal EN becomes shorter), The initial value of the two voltages VY approaches VY3 from VY3.
なお、第2電圧VYは、スイッチング再開後、初期値から本来の電圧値(=Vsw~/2)に向けて徐々に落ち着いていく。ただし、第1電圧VXは、スイッチング再開後、第2電圧VYが本来の電圧値に落ち着く前にこれとクロスする。従って、第2電圧VYの初期値が高いほどオン時間Tonが長くなり、逆に、第2電圧VYの初期値が低いほどオン時間Tonが短くなる。 The second voltage VY gradually settles from the initial value toward the original voltage value (= Vsw ~ / 2) after switching is resumed. However, the first voltage VX crosses the second voltage VY after the switching is resumed and before the second voltage VY settles to the original voltage value. Accordingly, the higher the initial value of the second voltage VY, the longer the on-time Ton. Conversely, the lower the initial value of the second voltage VY, the shorter the on-time Ton.
また、先出の(5)式からも分かるように、Ch1>Ch2であればVY3>VY0となり、Ch1<Ch2であればVY3<VY0となる。従って、容量値Ch1及びCh2を適切に設定することにより、所望のオン時間特性を得ることができる。 As can be seen from the above equation (5), if Ch1> Ch2, VY3> VY0, and if Ch1 <Ch2, VY3 <VY0. Therefore, desired on-time characteristics can be obtained by appropriately setting the capacitance values Ch1 and Ch2.
図10は、第2電圧VYのプルアップ動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、イネーブル信号ENと第2電圧VYの挙動が描写されている。時刻t41において、イネーブル信号ENがハイレベルに立ち上げられたとき、第2電圧VYは、先述のプルアップ動作により、負荷に応じた初期値まで瞬間的に引き上げられる。 FIG. 10 is a timing chart showing the pull-up operation of the second voltage VY. The behavior of the enable signal EN and the second voltage VY is depicted in order from the top. When the enable signal EN is raised to a high level at time t41, the second voltage VY is instantaneously raised to the initial value corresponding to the load by the pull-up operation described above.
例えば、第2電圧VYの実線で示すように、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わる直前の負荷領域では第2電圧VYの初期値VY1が本来の電圧値(=Vsw~/2)よりも高くなるように、プルアップ部を設計しておくとよい。このような設計を行うことにより、コイル電流ILの逆流が検出されて一旦電流不連続モードに移行すると、トランジスタN1のオン時間Tonが意図的に延長されることになる。従って、コイル電流ILのピーク値が大きくなり、負荷に供給される出力電流Ioutが大きくなるので、その影響が残る時定数の間、同じ出力電流Ioutでも電流不連続モードで動作するようになり、電流連続モードから電流不連続モードへ移行する際のヒステリシスが確保される。 For example, as indicated by the solid line of the second voltage VY, in the load region immediately before switching from the current discontinuous mode to the current continuous mode, the initial value VY1 of the second voltage VY is higher than the original voltage value (= Vsw ~ / 2). It is good to design the pull-up part so that it becomes high. By performing such a design, once the backflow of the coil current IL is detected and the current discontinuous mode is entered, the on-time Ton of the transistor N1 is intentionally extended. Accordingly, the peak value of the coil current IL increases, and the output current Iout supplied to the load increases. Therefore, during the remaining time constant, the same output current Iout operates in the current discontinuous mode. Hysteresis is ensured when shifting from the continuous current mode to the discontinuous current mode.
また、第2電圧VYの小破線、大破線、一点鎖線、ないしは、二点鎖線で示すように、負荷が軽いほど第2電圧VYの初期値が低くなるように、プルアップ部を設計しておくとよい。このような設計を行うことにより、電流不連続モードでは負荷が軽いほどオン時間Tonが短縮されるので、軽負荷時の出力リップルを低減することが可能となる。 In addition, as shown by the small broken line, large broken line, one-dot chain line, or two-dot chain line of the second voltage VY, the pull-up unit is designed so that the initial value of the second voltage VY becomes lower as the load is lighter. It is good to leave. By performing such a design, the on-time Ton is shortened as the load is lighter in the current discontinuous mode, so that the output ripple at the time of light load can be reduced.
<第2電圧生成部(第3変形例)>
図11は、第2電圧生成部Yの第3変形例を示す回路図である。本変形例の第2電圧生成部Yは、先の第2変形例(図9)をベースとしつつ、さらに、コンデンサY20と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタY21と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタY22と、を含む。そこで、先の第2変形例と同様の回路要素については、図9と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第3変形例の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Second Voltage Generating Unit (Third Modification)>
FIG. 11 is a circuit diagram showing a third modification of the second voltage generator Y. The second voltage generator Y of the present modification is based on the second modification (FIG. 9), and further includes a capacitor Y20, a P-channel MOS field effect transistor Y21, and an N-channel MOS field effect transistor. Y22. Therefore, the same circuit elements as those of the second modification example are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 9, thereby omitting redundant description. In the following, the characteristic parts of the third modification example will be mainly described. .
トランジスタY21のソースは、第2電圧VYの出力端に接続されている。トランジスタY21のドレインは、コンデンサY20(容量値Ch3)の第1端とトランジスタY22のドレインに接続されている。コンデンサY20の第2端とトランジスタY22のソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタY21及びY22のゲートは、いずれも動作モード判別信号SKIPの入力端に接続されている。 The source of the transistor Y21 is connected to the output terminal of the second voltage VY. The drain of the transistor Y21 is connected to the first end of the capacitor Y20 (capacitance value Ch3) and the drain of the transistor Y22. The second end of the capacitor Y20 and the source of the transistor Y22 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors Y21 and Y22 are both connected to the input terminal of the operation mode determination signal SKIP.
なお、動作モード判別信号SKIPは、コイル電流ILの逆流が検出されてトランジスタN1及びN2がいずれもオフされたとき(すなわち電流不連続モード時)にハイレベルとなり、コイル電流ILの逆流が検出される前にトランジスタN1がオンされたとき(すなわち電流連続モード時)にローレベルとなる論理信号である。 The operation mode determination signal SKIP is at a high level when the backflow of the coil current IL is detected and both the transistors N1 and N2 are turned off (that is, in the current discontinuous mode), and the backflow of the coil current IL is detected. This is a logic signal that goes to a low level when the transistor N1 is turned on (ie, in the current continuous mode).
このように接続されたコンデンサY20とトランジスタY21及びY22は、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点で第2電圧VYを過渡的に引き下げるプルダウン部として機能する。以下では、プルダウン部による動作モード切り替わり時の動的ヒステリシス付与動作について詳細に説明する。 The capacitor Y20 and the transistors Y21 and Y22 connected in this way function as a pull-down unit that transiently pulls down the second voltage VY when switching from the current discontinuous mode to the current continuous mode. Hereinafter, the dynamic hysteresis applying operation when the operation mode is switched by the pull-down unit will be described in detail.
図12は、第2電圧VYのプルダウン動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、コイル電流IL、スイッチ電圧Vsw、イネーブル信号EN、動作モード判別信号SKIP、並びに、第1電圧VX(破線)及び第2電圧VY(実線)が描写されている。 FIG. 12 is a timing chart showing the pull-down operation of the second voltage VY. In order from the top, the coil current IL, the switch voltage Vsw, the enable signal EN, the operation mode determination signal SKIP, and the first voltage VX (broken line) and A second voltage VY (solid line) is depicted.
時刻t109以前は、オフ時間Toff中にコイル電流ILがゼロ値を下回る電流不連続モードである。スイッチング停止時には、第2電圧生成部Yが省電力状態となり、第2電圧VYが0Vに低下する。一方、スイッチング再開時には、第2電圧VYが本来の電圧値(=Vsw~/2)よりも高い初期値まで瞬時に引き上げられる(時刻t101、時刻t104、ないしは、時刻t107を参照)。これらの動作は先に述べた通りである。 Prior to time t109, the current discontinuous mode in which the coil current IL falls below the zero value during the off time Toff. When switching is stopped, the second voltage generator Y enters a power saving state, and the second voltage VY decreases to 0V. On the other hand, when switching is resumed, the second voltage VY is instantaneously raised to an initial value higher than the original voltage value (= Vsw˜ / 2) (see time t101, time t104, or time t107). These operations are as described above.
なお、電流不連続モードでは、動作モード判別信号SKIPがハイレベルに維持されている。このとき、トランジスタY21はオフとなり、トランジスタY22はオンとなる。従って、コンデンサY20の両端間がショートされているので、プルダウン部が第2電圧VYの生成動作に影響を与えることはない。 In the current discontinuous mode, the operation mode determination signal SKIP is maintained at a high level. At this time, the transistor Y21 is turned off and the transistor Y22 is turned on. Accordingly, since both ends of the capacitor Y20 are short-circuited, the pull-down portion does not affect the operation of generating the second voltage VY.
一方、時刻t109では、コイル電流ILの逆流が検出される前(=イネーブル信号ENがローレベルに立ち下がる前)にトランジスタN1がオンされたことに伴い、動作モード判別信号SKIPがローレベルに立ち下がっている。このとき、トランジスタY21がオフとなり、トランジスタY22がオンとなる。従って、第2電圧VYの出力端と接地端との間にコンデンサY20が挿入されるので、第2電圧VYが過渡的に引き下げられる。 On the other hand, at time t109, the operation mode determination signal SKIP rises to the low level as the transistor N1 is turned on before the backflow of the coil current IL is detected (= before the enable signal EN falls to the low level). It's down. At this time, the transistor Y21 is turned off and the transistor Y22 is turned on. Accordingly, since the capacitor Y20 is inserted between the output terminal of the second voltage VY and the ground terminal, the second voltage VY is transiently lowered.
なお、プルダウン部が導入されていない場合には、図中の細破線で示したように、RCローパスフィルタの時定数τに従い、第2電圧VYが緩やかに元の電圧値Vsw~/2に戻っていく。そのため、電流不連続モードから電流連続モードへの移行後も、暫くはオン時間Tonの延長作用が続くので、電流不連続モードに復帰しやすい状態が継続される。 If the pull-down unit is not introduced, the second voltage VY gradually returns to the original voltage value Vsw ~ / 2 according to the time constant τ of the RC low-pass filter, as shown by the thin broken line in the figure. To go. Therefore, even after the transition from the current discontinuous mode to the current continuous mode, the on-time Ton continues to be extended for a while, so that the state in which it is easy to return to the current discontinuous mode is continued.
これに対して、プルダウン部が導入されている場合には、一旦電流連続モードに移行すると、第2電圧VYが引き下げられてオン時間Tonが短縮される。その結果、コイル電流ILのピークトゥピーク値が小さくなり、コイル電流ILのボトム値がゼロ値を下回りにくくなるので、出力電流Ioutが十分に減少するまで電流連続モードが維持される。 On the other hand, when the pull-down unit is introduced, once the current continuous mode is entered, the second voltage VY is lowered and the on-time Ton is shortened. As a result, the peak-to-peak value of the coil current IL becomes small, and the bottom value of the coil current IL becomes difficult to fall below the zero value, so that the current continuous mode is maintained until the output current Iout is sufficiently reduced.
なお、図11及び図12では、第2変形例(図9)をベースとして、さらにプルダウン部を導入した構成を例に挙げて説明を行ったが、プルダウン部の導入対象は、これに限定されるものではなく、先の基本構成(図6)や第1変形例(図8)をベースとして、プルダウン部を導入することも可能である。 11 and 12, the description has been given by taking as an example a configuration in which a pull-down unit is further introduced on the basis of the second modified example (FIG. 9), but the introduction target of the pull-down unit is limited to this. Instead of this, it is also possible to introduce a pull-down unit based on the basic configuration (FIG. 6) or the first modification (FIG. 8).
<オン時間と出力電流との相関関係>
図13は、オン時間Tonと出力電流Ioutとの相関図である。出力電流Ioutが閾値電流Ithよりも小さい電流不連続モード(DCM[discontinuous current mode]と表記)では、出力電流Ioutが小さいほどオン時間Tonが短縮される。このようなオン時間変調動作により、出力リップルの増大を防ぐことができる。
<Correlation between on-time and output current>
FIG. 13 is a correlation diagram between the on-time Ton and the output current Iout. In the current discontinuous mode in which the output current Iout is smaller than the threshold current Ith (denoted as DCM [discontinuous current mode]), the ON time Ton is shortened as the output current Iout is smaller. Such an on-time modulation operation can prevent an increase in output ripple.
これに対して、出力電流Ioutが閾値電流Ithよりも大きい電流連続モード(CCM[continuous current mode]と表記)では、トランジスタN1及びN2のオン抵抗やコイルL1の等価直列抵抗の影響でスイッチング周波数fswが変化しないように、出力電流Ioutに応じてオン時間Tonが調整される。このようなオン時間Tonの調整動作は、先に述べた通り、オフ時間Toff中にコンデンサをスイッチ電圧VswのローレベルVswL(=−RonL×IL~)としておき、その後、トランジスタN1がオンされた時点で、スイッチ電圧VswのハイレベルVswH(=Vin−RonH×IL~)に比例した電流でコンデンサを充電し始め、コンデンサ電位が平均スイッチ電圧Vsw~に達するまでの所要時間をオン時間Tonとして設定することにより実現される。 On the other hand, in the current continuous mode in which the output current Iout is larger than the threshold current Ith (denoted as CCM [continuous current mode]), the switching frequency fsw is affected by the on resistance of the transistors N1 and N2 and the equivalent series resistance of the coil L1. Is adjusted according to the output current Iout. As described above, the adjustment operation of the on-time Ton is performed by setting the capacitor to the low level VswL (= −RonL × IL˜) of the switch voltage Vsw during the off-time Toff, and then the transistor N1 is turned on. At that time, the capacitor starts to be charged with a current proportional to the high level VswH (= Vin−RonH × IL˜) of the switch voltage Vsw, and the required time until the capacitor potential reaches the average switch voltage Vsw˜ is set as the on time Ton. It is realized by doing.
また、電流不連続モードと電流連続モードとの切り替わりが生じる負荷領域では、オン時間Tonにヒステリシスが付与されている。このような構成とすることにより、軽負荷から重負荷への遷移時(ないしは重負荷から軽負荷への遷移時)において電流連続モードと電流不連続モードが不規則に繰り返されることがなくなるので、不規則なモード遷移による出力電圧Voutのリップル成分の増大を防ぐことが可能となる。 Further, in the load region where switching between the current discontinuous mode and the current continuous mode occurs, hysteresis is given to the on-time Ton. By adopting such a configuration, the current continuous mode and the current discontinuous mode are not irregularly repeated at the transition from the light load to the heavy load (or at the transition from the heavy load to the light load). It is possible to prevent an increase in the ripple component of the output voltage Vout due to irregular mode transition.
<シミュレーション結果>
図14は、負荷増減に伴う出力挙動の一変遷例を示すタイミングチャートであり、上から順に、リセット信号S3、出力電圧Vout、スイッチ電圧Vsw、第2電圧VY、ゲート信号G1、動作モード判別信号SKIP、及び出力電流Ioutが描写されている。
<Simulation results>
FIG. 14 is a timing chart showing a transition example of the output behavior accompanying the increase / decrease of the load. From the top, the reset signal S3, the output voltage Vout, the switch voltage Vsw, the second voltage VY, the gate signal G1, and the operation mode determination signal. SKIP and output current Iout are depicted.
領域P1及びP2で示したように、軽負荷時にスイッチング周波数fswが下がると、第2電圧VYが引き下げられてオン時間Tonが短縮される。これにより、軽負荷時における出力リップルの増大を防止することができる。 As indicated by the regions P1 and P2, when the switching frequency fsw decreases at light load, the second voltage VY is decreased and the on-time Ton is shortened. Thereby, an increase in output ripple at light load can be prevented.
また、領域P3及びP4で示したように、電流不連続モードから電流連続モードへの移行時には、第2電圧VYが過渡的に引き下げられる。一方、領域P5で示したように、電流連続モードから電流不連続モードへの移行時には、第2電圧VYがRCローパスフィルタで得られる積分値(=Vsw~/2)よりも高い電圧値まで引き上げられる。これにより、オン時間Tonにヒステリシスが付与されるので、両モード間の遷移を安定化することが可能となる。 In addition, as indicated by the regions P3 and P4, the second voltage VY is transiently lowered during the transition from the current discontinuous mode to the current continuous mode. On the other hand, as indicated by the region P5, at the time of transition from the current continuous mode to the current discontinuous mode, the second voltage VY is raised to a voltage value higher than the integral value (= Vsw ~ / 2) obtained by the RC low-pass filter. It is done. Thereby, since hysteresis is given to the on time Ton, it becomes possible to stabilize the transition between both modes.
<テレビへの適用>
図15は、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの一構成例を示すブロック図である。また、図16A〜図16Cは、それぞれ、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの正面図、側面図、及び、背面図である。本構成例のテレビAは、チューナ部A1と、デコーダ部A2と、表示部A3と、スピーカ部A4と、操作部A5と、インタフェイス部A6と、制御部A7と、電源部A8と、を有する。
<Application to TV>
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration example of a television equipped with the above switching power supply device. 16A to 16C are a front view, a side view, and a rear view of a television on which the above-described switching power supply device is mounted, respectively. The TV A in this configuration example includes a tuner unit A1, a decoder unit A2, a display unit A3, a speaker unit A4, an operation unit A5, an interface unit A6, a control unit A7, and a power supply unit A8. Have.
チューナ部A1は、テレビAに外部接続されるアンテナA0で受信された受信信号から所望チャンネルの放送信号を選局する。 The tuner unit A1 selects a broadcast signal of a desired channel from a reception signal received by an antenna A0 externally connected to the television A.
デコーダ部A2は、チューナA1で選局された放送信号から映像信号と音声信号を生成する。また、デコーダ部A2は、インタフェイス部A6からの外部入力信号に基づいて、映像信号と音声信号を生成する機能も備えている。 The decoder unit A2 generates a video signal and an audio signal from the broadcast signal selected by the tuner A1. The decoder unit A2 also has a function of generating a video signal and an audio signal based on an external input signal from the interface unit A6.
表示部A3は、デコーダ部A2で生成された映像信号を映像として出力する。 The display unit A3 outputs the video signal generated by the decoder unit A2 as a video.
スピーカ部A4は、デコーダ部A2で生成された音声信号を音声として出力する。 The speaker unit A4 outputs the audio signal generated by the decoder unit A2 as audio.
操作部A5は、ユーザ操作を受け付けるヒューマンインタフェイスの一つである。操作部A5としては、ボタン、スイッチ、リモートコントローラなどを用いることができる。 The operation unit A5 is one of human interfaces that accept user operations. As the operation unit A5, a button, a switch, a remote controller, or the like can be used.
インタフェイス部A6は、外部デバイス(光ディスクプレーヤやハードディスクドライブなど)から外部入力信号を受け付けるフロントエンドである。 The interface unit A6 is a front end that receives an external input signal from an external device (such as an optical disk player or a hard disk drive).
制御部A7は、上記各部A1〜A6の動作を統括的に制御する。制御部A7としては、CPU[central processing unit]などを用いることができる。 The control unit A7 comprehensively controls the operations of the units A1 to A6. As the control unit A7, a CPU [central processing unit] or the like can be used.
電源部A8は、上記各部A1〜A7に電力供給を行う。電源部A8としては、先述のスイッチング電源装置1を好適に用いることができる。 The power supply unit A8 supplies power to the units A1 to A7. As the power supply unit A8, the above-described switching power supply device 1 can be suitably used.
<その他の変形例>
なお、上記実施形態では、降圧型のスイッチング電源装置に本発明を適用した構成を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば、スイッチング電源装置の出力段を昇圧型や昇降圧型、若しくは、反転型としても構わない。
<Other variations>
In the above embodiment, the configuration in which the present invention is applied to the step-down switching power supply apparatus has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, and for example, the switching power supply apparatus The output stage may be a step-up type, a step-up / step-down type, or an inversion type.
また、上記実施形態では、オン時間固定方式のスイッチング電源装置(オン時間設定回路)を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、上記と同様の技術的思想に基づいてRCネットワークを変更することにより、オフ時間固定方式のスイッチング電源装置(オフ時間設定回路)にも適用することが可能である。 Further, in the above-described embodiment, the switching power supply device (on-time setting circuit) of the fixed on time is described as an example, but the application target of the present invention is not limited to this, and is the same as above. By changing the RC network based on the above technical idea, it is also possible to apply to a fixed off-time switching power supply (off-time setting circuit).
このように、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 As described above, the configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above-described embodiment. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.
本発明に係るスイッチング電源装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、BDレコーダ/プレーヤ、セットトップボックス、並びに、パーソナルコンピュータなど、種々の電子機器に搭載される電源(例えば、SOC[system-on-chip]用あるいは周辺機器用の電源)として利用することが可能である。 The switching power supply according to the present invention is a power supply (for example, SOC [system-on-chip]) mounted on various electronic devices such as a liquid crystal display, a plasma display, a BD recorder / player, a set top box, and a personal computer. Or power supply for peripheral devices).
1 スイッチング電源装置
10 半導体装置(電源制御IC)
11 リップルインジェクション回路
12 基準電圧生成回路
13 メインコンパレータ
14 ワンショットパルス生成回路
15 RSフリップフロップ
16 オン時間設定回路
17 ゲートドライバ回路
18 逆流検出回路
20 スイッチ出力段
N1 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(出力トランジスタ)
N2 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(同期整流トランジスタ)
L1 コイル
R1、R2 抵抗
C1 コンデンサ
T1〜T8 外部端子
X 第1電圧生成部
X1〜X5 抵抗
X6 コンデンサ
X7、X8 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X9〜X12 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X13 オペアンプ
X14 放電制御部
Y 第2電圧生成部
Y1〜Y3、Y18 抵抗
Y4〜Y7、Y16、Y17、Y20 コンデンサ
Y8〜Y10、Y21 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Y11〜Y14、Y19、Y22 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Y15 インバータ
Z コンパレータ
A テレビ
A0 アンテナ
A1 チューナ部
A2 デコーダ部
A3 表示部
A4 スピーカ部
A5 操作部
A6 インタフェイス部
A7 制御部
A8 電源部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching power supply device 10 Semiconductor device (power supply control IC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Ripple injection circuit 12 Reference voltage generation circuit 13 Main comparator 14 One shot pulse generation circuit 15 RS flip-flop 16 ON time setting circuit 17 Gate driver circuit 18 Backflow detection circuit 20 Switch output stage N1 N channel type MOS field effect transistor (output transistor) )
N2 N-channel MOS field effect transistor (synchronous rectification transistor)
L1 Coil R1, R2 Resistor C1 Capacitor T1-T8 External terminal X First voltage generator X1-X5 Resistor X6 Capacitor X7, X8 P-channel MOS field effect transistor X9-X12 N-channel MOS field effect transistor X13 Operational amplifier X14 Discharge control Unit Y Second voltage generation unit Y1 to Y3, Y18 Resistor Y4 to Y7, Y16, Y17, Y20 Capacitor Y8 to Y10, Y21 P channel type MOS field effect transistor Y11 to Y14, Y19, Y22 N channel type MOS field effect transistor Y15 Inverter Z Comparator A Television A0 Antenna A1 Tuner A2 Decoder A3 Display A4 Speaker A5 Operation A6 Interface A7 Controller A8 Power supply
Claims (6)
前記オン時間に亘って上昇するランプ波形の第1電圧と、電流不連続モードでは負荷が軽いほど引き下げられる第2電圧と、を比較して前記オン時間を終了させることにより、前記電流不連続モードでは前記負荷が軽いほど前記オン時間を短縮することを特徴とするオン時間設定方法。 A method for setting an on-time in a switching power supply device with a fixed on-time that generates an output voltage from an input voltage by driving a coil by turning on and off an output transistor and a synchronous rectification transistor,
The current discontinuous mode is completed by comparing the first voltage of the ramp waveform that rises over the on-time with the second voltage that is lowered as the load is lighter in the current discontinuous mode. Then, the on-time setting method is characterized in that the on-time is shortened as the load is lighter.
前記オン時間に亘って上昇するランプ波形の第1電圧と、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点で過渡的に引き下げられる第2電圧と、を比較して前記オン時間を終了させることにより、前記電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点で前記オン時間を過渡的に短縮することを特徴とするオン時間設定方法。 A method for setting an on-time in a switching power supply device with a fixed on-time that generates an output voltage from an input voltage by driving a coil by turning on and off an output transistor and a synchronous rectification transistor,
Comparing the first voltage of the ramp waveform that rises over the on-time with the second voltage that is transiently lowered when switching from the current discontinuous mode to the current continuous mode, the on-time is terminated. Thus, the on-time setting method is characterized in that the on-time is transiently shortened when the current discontinuous mode is switched to the current continuous mode.
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JP2014117042A (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-26 | Rohm Co Ltd | Switching power supply device |
JP2014138524A (en) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Rohm Co Ltd | Switching power supply device |
JP2014147224A (en) * | 2013-01-29 | 2014-08-14 | Denso Corp | Switching regulator |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8476887B2 (en) * | 2004-12-03 | 2013-07-02 | Texas Instruments Incorporated | DC to DC converter with pseudo constant switching frequency |
JP2006288156A (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Dc-dc converter |
JP2013247694A (en) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Rohm Co Ltd | Switching power supply |
JP2014117042A (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-26 | Rohm Co Ltd | Switching power supply device |
JP2014138524A (en) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Rohm Co Ltd | Switching power supply device |
JP2014147224A (en) * | 2013-01-29 | 2014-08-14 | Denso Corp | Switching regulator |
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